Global SMT & Packaging China - BGA评估中使用的分析方法

球珊阵列(BGAs)在印刷电路板(PCB)组件上已经相当常见，进而带来了新的故障模式，要求新的分析工具或方法，以便正确评估这些元件。传统式SMT元件，如SOICs或QFPs，允许以可视方式检测焊点，查找异常情况；而BGAs则做不到这一点，因为大多数焊点隐藏在元件下面，人眼是看不到的。本文讨论了STI实验室遇到的部分故障模式，以及进行调查使用的工具和方法。

实时X射线检测 (RTX分析)
RTX检测通常是评估潜在问题或在生产后进行一般检测所使用的第一个分析工具。RTX检测是一种非破坏性分析方式。RTX分析允许评估和检测元件下面每个焊点，而这些焊点是看不到的。下面介绍了在使用X射线检测时评估的多种特点。

1) 搭桥 — 将捕获整体二维图像，可以检测各个焊点之间的搭桥或短路(图1)。

2) 焊盘正确对准 — 将捕获整体二维图像，可以检测BGA焊点与对应PCB焊盘的整体对准情况。通常在使用锡/铅(Sn/Pb)焊料时，如果BGA贴装位置略微偏离焊盘，那么BGA将在回流焊过程中自行对准。而在使用某些无铅合金时则做不到这一点，特别是在使用SAC305时。如果BGA放置位置不对，在焊盘上没有居中，那么它将在所在位置进行回流焊，而不会在焊盘上自行对准。生产后的一般检测通常会发现这种问题(图2)。

3) 空洞 — 通过查看焊点的整体二维图像，可以评估空洞。某些空洞是意料之中的，但空洞过多则表明存在着相关的工艺问题(图3)。

4) 充足的焊球折叠— 焊点三维图像可以显示BGA下面的焊球是否正确回流。但是，正确的焊球折叠并不能表明PCB焊盘的加湿程度(图4)。

5) 开路/裂缝—以三维方式查看BGA焊点还可以显示是否存在开路，如果裂缝明显，是否存在焊点裂缝。X射线分析方法通常检测不到小的裂缝(图5)。

染料窥探分析

这种分析技术需要使用低粘度染料，在高真空下渗透到裂缝中。一般来说，这种真空要应用几个小时的时间，然后进行高温烘焙，以使染料固化。然后，以机械方式拆下BGA，检测接口，在焊盘表面查找染料的任何轨迹。如果焊接完整无缺，那么染料将不会渗过去，不会染在焊盘上。但是，如果有一条完整的裂缝或部分裂缝，那么染料将涂在有裂缝的表面，后续检测可以确定焊点开路。这种分析技术具有破坏性。

这种方法用来确定是否存在开路/裂缝以及哪个接口上有开路/裂缝。它还表明开路/裂缝是集中在BGA的某个部分，如某个象限，还是只是随机问题。染料窥探分析经常在微截面分析之前进行，以确定是否需要微截面分析，以最大限度地提高捕获微截面中问题的概率(图6)。

微截面 SEM/EDS分析
微截面分析与带有EDS功能的扫描电子显微镜(SEM)成像技术相结合，为采集焊点中的机械信息和材料信息提供了信息非常丰富的方法。通过X射线提供的信息，微截面SEM分析可以确认焊球正确折叠。它还可以提供与PCB加湿程度、元件焊盘以及在回流焊过程中形成的金属间化合物(IMC)数量等相关信息。可以从散装焊料中获得基本数据，确定合金的构成。在成像前可以在焊料中使用化学蚀刻剂，显示焊料的颗粒结构，这样可以分析焊料本身，确定焊料中金属合金成分是否正确，这关系到回流焊过程中的热量和驻留时间(图7和图8)。