在SMT貼片加工與PCBA制造領域，BGA（球柵陣列封裝）因高密度、高可靠性被廣泛應用，但其焊點隱藏于元件底部，傳統(tǒng)目視檢測無法覆蓋內(nèi)部缺陷。因此，建立一套從表面到內(nèi)部、非破壞到破壞的完整檢驗體系，是SMT貼片廠保障PCBA質(zhì)量的關鍵。我們將分享BGA焊點質(zhì)量檢驗的核心方法，助力企業(yè)精準識別缺陷、提升工藝穩(wěn)定性。
一、BGA焊點缺陷的風險：為何檢驗不可忽視？
BGA焊點通過芯片底部錫球與PCB焊盤連接，其內(nèi)部或表面缺陷（如空洞、虛焊、短路、裂縫）可能導致電氣失效（信號干擾、開路）、機械松動（振動脫落）或長期可靠性問題（熱積累燒毀）。例如，焊點內(nèi)部空洞會減少有效焊接面積，導致熱阻升高，長期使用可能引發(fā)元件過熱；虛焊則會造成電路時通時斷，影響產(chǎn)品功能。因此，嚴格的焊點檢驗是SMT貼片廠避免批量報廢、降低售后風險的核心環(huán)節(jié)。
二、非破壞性檢測：批量生產(chǎn)的快速篩查利器
非破壞性檢測適用于生產(chǎn)線上的快速篩選，不損壞元件或PCB，主要覆蓋表面與內(nèi)部可見缺陷，是SMT貼片廠日常質(zhì)量控制的基礎。
1. 目視/自動光學檢測（AOI）：表面缺陷的“第一道關”
- 原理：通過肉眼或高分辨率相機觀察焊點表面形態(tài)，識別明顯缺陷。
- 檢測內(nèi)容：
- 目視：借助10-20倍放大鏡或50-100倍顯微鏡，檢查BGA貼裝位置（偏移量是否超標）、錫球形態(tài)（是否變形/缺失）、焊點表面（是否有連焊、助焊劑殘留）。例如，BGA貼裝偏移超過0.1mm（IPC-a-610g標準）即判定為不合格。
- AOI：利用圖像識別技術，通過多角度相機掃描BGA底部焊球，自動對比標準圖像，檢測少錫/多錫（錫球大小不均）、立碑現(xiàn)象（元件一端翹起）、焊盤偏移（焊球與焊盤對齊度）。AOI檢測速度可達每秒數(shù)個元件，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
- 優(yōu)勢：速度快、成本低，能快速攔截表面缺陷；
- 局限：僅能檢測表面問題，無法發(fā)現(xiàn)內(nèi)部空洞或虛焊。
2. X-Ray檢測：內(nèi)部缺陷的“透視鏡”
X-Ray檢測是BGA焊點內(nèi)部缺陷檢測的核心非破壞方法，通過x射線穿透PCB，顯示焊點內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適用于高可靠性產(chǎn)品（如工業(yè)控制、醫(yī)療設備）。
- 類型與原理：
- X-Ray：將三維焊點投影為二維圖像，可清晰觀察空洞位置（如錫球中心/邊緣）、虛焊（焊球與焊盤未完全融合）、短路（相鄰焊球粘連）。盡管2d圖像存在陰影重疊問題（如多層焊點），但通過多角度拍攝（如0°、45°、90°）或圖像增強算法，可有效區(qū)分真實缺陷與陰影干擾。例如，通過調(diào)整x射線角度，可準確判斷BGA焊點中的“氣泡空洞”是否超過IPC標準（class 3產(chǎn)品要求空洞直徑≤30%）。
- 檢測精度：可識別0.1mm以下的缺陷（如微空洞、細裂縫），滿足高精度BGA焊點需求；
三、破壞性檢測：工藝驗證的“終極手段”
當非破壞性檢測無法確認缺陷或需驗證工藝穩(wěn)定性時，需采用破壞性檢測，通過解剖樣品直接觀察焊點內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適用于新產(chǎn)品導入、工藝調(diào)試或批量問題復盤。
1. 切片分析（cross-section）：內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“顯微鏡”
- 操作步驟：
- 取樣：從PCBA上切割包含BGA焊點的樣品（通常使用精密切割機）；
- 鑲嵌：用環(huán)氧樹脂將樣品鑲嵌，便于后續(xù)拋光；
- 研磨拋光：通過多級砂紙研磨和拋光，露出焊點橫截面；
- 顯微觀察：使用金相顯微鏡或掃描電鏡（sem）觀察焊點內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如焊球與焊盤的融合度（是否完全潤濕）、空洞分布（位置/大小/數(shù)量）、裂縫位置（是否延伸至焊盤）。
- 應用場景：驗證回流焊工藝參數(shù)（如溫度曲線）是否合理，或分析批量虛焊問題的根本原因。
2. 拉力/剪切力測試：機械強度的“試金石”
- 原理：通過拉力測試機或推拉力測試機，對BGA焊點施加垂直或水平力，測量其斷裂強度。
- 檢測內(nèi)容：
- 拉力測試：將BGA元件垂直拉起，記錄拉力值（如IPC-a-610g標準要求BGA焊點拉力≥10n）；
- 剪切力測試：用刀片水平剪切焊點，測量剪切力（如class 3產(chǎn)品要求≥50mpa）。
- 意義：評估焊點機械強度是否達標，避免因焊接不牢導致振動或沖擊下脫落。
四、檢驗標準與流程：如何落地執(zhí)行？
- 標準依據(jù)：以IPC-a-610g《電子組件的可接受性》為核心，明確BGA焊點可接受標準（如空洞率、偏移量、拉力值）；
- 流程設計：
- 生產(chǎn)線：AOI全檢 → X-Ray抽檢（高可靠性產(chǎn)品100%，普通產(chǎn)品按比例）；
- 工藝驗證：新產(chǎn)品導入時做切片分析，批量生產(chǎn)中定期抽檢；
- 異常處理：發(fā)現(xiàn)缺陷后立即停機，通過X-Ray或切片分析定位根因（如 stencil設計、回流焊溫度）。
五、總結(jié)：構(gòu)建“預防-檢測-改進”閉環(huán)
BGA焊點質(zhì)量檢驗需結(jié)合非破壞性快速篩查（AOI/X-Ray）與破壞性深度驗證（切片/拉力測試），并嚴格遵循IPC標準。SMT貼片廠應通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計（如缺陷率、工藝能力指數(shù)cpk）持續(xù)優(yōu)化工藝，最終實現(xiàn)“零缺陷”生產(chǎn)。
2024-04-26
