X射线检查的局限性

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X射线检查HoP

检测隐藏BGA焊点最常见、无损的方法是使用x射线检查7。本研究使用了一台现代的2D/2.5Dx射线设备，倾斜视角可达70，还使用了360样品旋转，见图 。

在这些BGA焊点检查中，x射线探测器倾斜角为70，样品检查台旋转了45。图14显示了一个采用此视图的x射线检查的示例图像。

在图14中可以看到放置在BGA256下方的0402电阻以及不同形状的焊点。BGA锡球与印刷焊膏之间发生结合不良(可能出现HoP缺陷)的风险沿图像右下方逐渐增加。高度差向左上方逐渐减小，HoP缺陷的风险沿该方向逐渐降低。

BGA在俯视图(倾斜角为0)中的情况。

图 -X射线检查-探测器视角从0至70，还使用了360样品旋转

图-X射线检查-探测器视角为70，样品旋转了45

图 中也能看到两个0402电阻，在x射线俯视图上向左观察焊点会发现焊点直径逐渐增大，这是最远离电阻的位置。焊点直径越大说明高度差越小。

X射线检查-俯视图(倾斜角为0)

在本次x射线检查中，以上BGA焊点均被视为HoP
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A、HoP缺陷的X射线判据

在检查将BGA256封装放置并焊接在包含两个0402电阻的电路板上形成的焊点x射线图像时，有必要确定哪些焊点形状应被判定为可能具有HoP缺陷。根据IPC-A-610G《电子装配的可接受性》，本试验中产生的一些焊点可能被归类为“断裂的焊接”或“腰部”缺陷，但多数情况下很难区分这两类错误与HoP缺陷。因此，根据以下标准，本次评估将这三类缺陷都归类为HoP缺陷。图16给出了在该x射线检查中，焊点被判定为HoP缺陷的图像示例。

被认为良好、没有HoP缺陷的焊点应该是完全润湿的，在电路板焊盘与元件侧BGA焊盘之间形成一个单一焊点结构。针对HoP缺陷模式，这些正确BGA焊点可被完全折叠或 拉伸。良好焊点(没有HoP)的示例如图17所示。

如图 所示，所有BGA焊点都有一个单一焊点结构，尽管它们的形状不同;拉长的焊点具有最大高度差，而距离0402电阻最远的元件侧焊点被压缩得很扁平。该焊膏在HoP评价中的结果最好，没有发现HoP缺陷。

在具有最大高度差的BGA焊点中发现了许多HoP缺陷。BGA中心焊点的HoP缺陷数量在减少，而与电路板之间高度差最小的BGA焊点完全没有HoP缺陷。在许 多包含HoP缺陷的焊点中，一些HoP缺陷是在正常焊点附近被发现的。

本次评估的HoP缺陷计算结果;每个BGA的252(256-4)个焊点被视为缺陷机会。最好的焊膏具有0%的缺陷(x射线图像如图 所示)，最差的具有38.9%的缺陷   。本文总结了九种不同焊膏减缓HoP缺陷的能力，如图 所示。

-九种不同焊膏的焊膏HoP缺陷率-BGA256

图 显示了九种评估焊膏的HoP减缓能力的巨大差异。焊膏D和H没有(或几乎没有)HoP缺陷，而焊膏A和I表现最差，预计有约30%甚至以上的焊点具有HoP缺陷。

利用x射线难以判断HoP缺陷，所以需要验证。因此，我们撬开元件，然后检查撬开后的元件和电路板。

撬开元件

为了验证本研究中的HoP缺陷，我们将x光检查过的BGA撬开，然后检查电路板和封装。所有元件都以同样的方式撬开，即从距离0402电阻最远的BGA边缘开始。

撬开元件后，用显微镜很容易检查出真正的HoP缺陷。如果出现HoP缺陷，则BGA锡球仍然留在封装侧，而且移开的电路板焊膏会在锡球上留下一个凹坑。留下的锡球上没有裂纹区域，凹坑周围的球形边缘较光滑。图21显示了一个通过撬开元件来验证HoP缺陷的示例。

图21-撬开一个试验BGA后验证八个HoP缺陷

撬开正确成形的BGA焊点时，锡球往往与焊盘一起从电路板或封装中被完全移除。这些焊点也可能断裂，在电路板侧和封装侧留下带有裂纹的焊膏表面。

撬开BGA试验元件可以简单而安全地验证真正的HoP缺陷。但这是一种破坏性方法，无法用于实际产品。

X射线与撬开检查的比较

撬开所有测试封装后，在统计真正的HoP缺陷时可以对先前x射线发现的HoP缺陷进行比较。图23中的图表给出了比较结果。

- HoP缺陷率-x射线与撬开试验BGA的比较结果

如图 所示，在x射线检查中发现的HoP缺陷与撬开元件后的差异较大。由于x射线分析中使用的HoP标准还包括焊点断裂和“腰部”缺陷，因此预计与撬开后验证HoP缺陷相比，采用较困难的x射线图像判断时应出现稍微多一些的HoP缺陷。预计会发现至少70-80%正确验证的HoP缺陷。但很多时候两者差异远大于表1所示的差异。

显然许多在x射线检查中看起来像真正HoP缺陷的焊点实际上并不是HoP缺陷。我们对x射线图像与撬开元件后的显微镜图像进行了比较。图24显示了该比较中一个BGA封装的一角10。

  

全部9个BGA焊点在x射线图像分析中被判定为HoP缺陷。但撬开后发现只有两个被证实为真正的HoP缺陷。另外七个焊点都足够坚固，甚至可以撕开焊盘。图 25放大了图24的两幅图中蓝色方框内的角落焊点。

  

在图 所示的x射线图像中，一些焊点看起来像焊膏与锡球，至少部分已经润湿并连在一起，但在研究这些BGA的x射线图像时，不可能发现两个真正HoP缺陷之间的任何 差异，例如蓝色方框内的角落焊点 。

讨论

仅仅使用x射线作为检测技术几乎不可能保证查出所有HoP缺陷。在x射线中可以看到的是“HoP形状”的BGA焊点，这些焊点的强度与可靠性比完全润湿的同质焊点低得 多。

在IPC-A-610G修订版第8.3.12.3节《电子装配的可接受性》中，HoP缺陷仅能通过照片显示，除外围BGA外，几乎不可能看到HoP缺陷，本标准对x射线图像的解读没有任何指导意义。本标准中的HoP缺陷标准为“锡球润湿度不足以与焊膏结合”，在这一点上很容易达成一致。然而，BGA焊点出现“腰部”现象也会被视为缺陷(但不被归类为HoP)，该缺陷通常可以用现代x射线设备检测出。图26是HoP缺陷以及出现了[2]中“腰部”现象的BGA焊点的侧视图。

  

尽管x射线图像无法准确判断锡球与焊膏是否润湿并结合，但x射线图像通常能显示出焊点中存在的“腰部”现象，这也可能导致这些焊点不合格。

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BGA焊点最常用X射线检测