PCBA大讲堂：如何分析BGA红墨水测试报告？

如果深圳宏力捷给你上面这张做完【红墨水测试(Red Dye Test)】的显微放大图片，你可以告诉深圳宏力捷这颗BGA发生了什么事？其实图片上已经用红色的框框告诉你锡球破裂的位置了，剩下的你还可以看出多少的故事？

这几天深圳宏力捷一直在做BGA的「红墨水测试」分析，怎么好像大家都讲好的一样，突然间来了这么多不同的产品，板子同时有BGA的问题发生，在与其它部门一起讨论红墨水测试后的结果与可能原因时，才发现原来还有很多人还不太会看实验室(Lab)做的PCBA红墨水测试报告。

深圳宏力捷这里大致归纳几个大部分人看不懂PCBA红墨水测试报告的重点：

1. 搞不清楚BGA在零件及PCB的Pin-1位置

PIN-1的位置很重要，不知道Pin-1在哪里？那你怎么知道断裂锡球在PCB的位置，如何判断可能的应力(Stress) 影响。一般在PCB的丝印层(白漆)上面一定会标示零件的PIN-1位置，有的会打一个圆点，有的则会画三角形，但这张照片在PCB的PIN-1刚好被红墨水给遮住了，如果可以的话建议要拿一块没有红墨水的板子对照一下Pin-1的位置。

而BGA零件的Pin-1位置，就如同下图右方显示的会在锡球面打一个三角形的符号，一般在BGA正上方Marking处也会打一个圆形来表示Pin-1。

2. 弄不清楚破裂锡球在PCB的那个相对位置与锡球断裂的方向

锡球断裂的方向，通常代表着应力的来源方向，应力会沿着锡球全裂到半裂，再到无裂的方向前进。
 

3. 锡球断裂在零件面？还是PCB面？对问题澄清真的很重要

锡球的断裂面如果出现在零件端，通常与SMT的制程比较没有关系，因为来料的时候锡球早就已经焊接在BGA零件上了，就算有问题，绝大部分都是因为应力(stress)所造成的问题，少部分如果发现是焊接出了问题，也大多属于BGA零件商的品质问题。不过有一点需要特别注意，如果是曾经重工或重新植过球的BGA，就有可能是SMT制程的问题，这个在专业EMS厂应该都会纪录这类修理信息。

锡球断裂面如果出现在PCB板端，要先查看是否连着焊垫/焊盘一起被拉了起来，如果是，表示锡球的焊锡性良好，焊锡强度比焊垫/焊盘的附着力还强。

如果焊垫/焊盘没有被拉起来，要接着查看其断裂面是否呈现粗糙形状，一般受到应力而折断的断裂面都会有拉扯过的不规则痕迹的粗糙面，请注意这里的粗糙面只是一个比较性的说法，一般将锡球断裂面对着光线看不到亮光反射就属于粗糙面了，如果是粗糙面则通常是断裂在IMC(Intermetallic Compound)层，因为IMC层一般是整个焊锡中最脆弱的地方。应力一定会寻求最脆弱的地方突破，就跟水总是往低处流的道理是一样的。

如果是断裂呈现光滑面（对着光线看得到反光），就很有机会是焊锡假冷焊现象，比如「HIP(Head-in-Pillow)/HoP(Head-of-Pillow)双球效应」或「NWO(Non-Wetting-Open)虚焊」。

当然，最好是可以再做切片(Cross-Section)检查IMC的生成情况来确认锡球吃锡的状况，一般来说IMC必须要均匀生成，整个焊接面不可以有些地方有IMC，但有些地方没有IMC。
 

4. 如何从图片上判断锡球断裂在零件面？还是PCB面？为什么断裂的锡球直径有些比较大？有些则比较小？

再回来看一下文章最上面的图片并对照这张加了说明的图片。先看图片左边的图，这是BGA红墨水测试后PCB端的照片，红色的框框表示A1、B1、C1三颗有锡球断裂，因为圆形的锡球表面已经有红墨水沾染的痕迹，而且是整颗锡球都沾了红墨水，表示完全断裂。
 

还是看左边PCB端的图，可以看到A1、B1锡球的直径似乎与C1不一样，C1感觉比较小，这是因为A1、B1锡球的断裂面出现在PCB端，所以看到是PCB上焊垫/焊盘的直径，而C1锡球的断裂面则在零件端，所以其直径比较小，一般来说同一颗BGA锡球，PCB上的焊垫会比零件上的焊垫来得大，其实如果仔细看PCB端C1的锡球，应该还是看得出来断裂面下方还是有模糊的球体形状，其大小应该等同于A1及B1，其此可以更加确定C1的断裂面在零件端，因为锡球整个黏在PCB焊垫上。
 

其次，来看看A2这个锡球，左边的PCB端图显示为白色圆形，这通常意味着PCB焊垫不见了，也就是BGA拔除的时候连着焊垫被被拉掉了，对照照片右边图，零件端可以看到铜色带着尾巴的焊垫黏在零件的锡球上面。

下图是红墨水测试后将PCB板子拿回来侧一个角度拍摄的照片，就可以很清楚的看到锡球黏在PCB端，或不在PCB端。 

深圳宏力捷会建议请实验室做完红墨水测试后，一定要将板子及零件送回来，然后自己在显微镜下再观察一下，以确认实验室的判断是否正确，另外也可以做进一步观察是否有其它没有发现到的问题。

现在，你应该可以看得懂红墨水测试的报告的深层在讲些什么了，以后应该可以自己判断为什么BGA会失效？深圳宏力捷真的不是万能的，有多少证据说多少话，红墨水测试报告说不出来的，你问我也不知道，要在做进一步的测试与分析，等到IMC测试也没有问题，就不是焊锡的问题了，不要有事没事就指着工厂说你焊锡没焊好！

实验室的红墨水报告书：BGA锡球断裂(crack)的红墨水测试判断与现象分析
 

延伸阅读： 

如何从红墨水测试中判断BGA开裂的不良原因 

如何着手分析市场返修的电子不良品及BGA不良 

如何判断BGA掉件是SMT工厂制程或是设计问题  

简介用红墨水试验 (Red Dye Penetration Test)查看BGA焊锡有否破裂