此文以工艺及质量检验要求为基础，介绍BGA器件焊接后形成不良焊点的原因及如何用X-ray检验设备的检验影像评判BGA器件焊接质量。

随着电子产品便携化、小型化的发展要求，越来越多的小型器件应用于电子组装过程中，高密度、高集成的电子装联技术日趋成熟，随之而来的检验手段也日新月异。
作为小型器件典范的BGA器件近些年来在电子产品中应用非常广泛，与QFP封装器件或PLCC封装器件相比，BGA器件具有引脚数日更多、引脚间电感及电容更小，引脚共面性好、电性能及散热性能好等诸多优点。
虽然BGA器件有诸多方面的优点，但仍存在着无法改变的不足之处：即BGA器件在焊接完成之后，由于其焊点全部在器件本体腹底之下，因此既无法采用传统的目测方法观测检验全部焊点的焊接质量，也不能应用AOI(自动光学检验)设备对焊点外观做质量评判，只能采用X-ray检验设备对BGA器件焊点的物理结构进行检验。

X-ray检验设备是基于X射线的影像原理，由X射线发生装置发出x射线，对被检验印制板组及BGA器件进行照射，利用X射线不能穿透锡、等密度大且厚的物质，可形成深色影像，而会轻易穿透印制板及塑料封装等密度小且薄的物质，不会形成影像的现象，实现对BGA器件焊接焊点的质量检验。
X-ray检验设备的检验BGA原理图

正常的BGA器件

在X-ray检验设备的影像区内，BGA器件无明显位置偏移和翘起的现象，BGA焊料球的影像尺寸、形状、颜色和对比度应均匀一致，焊点影像应呈现形状规则的圆形，并且边界光滑，轮清晰，无回流焊接不良的迹象；

BGA焊点缺陷种类

BGA器件焊点缺陷主要有焊料桥连、焊锡珠、空洞、错位、开路和焊料球丢失、焊接连接处破裂、虚焊。

焊料桥连

由于焊料桥连最终导致的结果就是电气短路，因此BGA器件焊接后，各相邻焊料球之间应无下面图像所示的焊料桥连。这种缺陷在采用X-ray检验设备检验时比较明显，在影像区内可见焊料球与焊料球之间呈现连续的连接，容易观察和判断。
红色圈中的焊球可能发生了桥接。

焊锡珠

焊锡珠是表面贴装过程中的主要缺陷之一，造成焊锡珠的原因有很多。这种缺陷在X-ray影像区内也易于识别，可见如下图中右图箭头所示的黑色斑点。应用X-ray检验设备观察测量焊锡珠时，应主要注意其尺寸要求和位置要求。焊锡珠直径应不大于任何两个相邻焊点间距的25%，并且不违反最小电气间隙要求，对于一般电路下应用的BGA器件，在检验过程中可按照最小电气间隙为130um进行测算。
焊锡珠示意图

空洞

BGA 二维X射线空洞计算
空洞在BGA器件焊接后是最常见的，因为许多BGA器件本身的焊料球往往就可能带有空洞或气孔，在回流焊接过程中，回流曲线设置不合理则更容易产生空洞。如上图所示，BGA器件焊料球内的空洞多存在于元件层，即焊料球的中央到BGA基板之间的部分。国内外对于空洞的可接受判定准则存在差异，GJB 4907-2003与IPC-A-610E标准均对空洞做出了评判准则，但评判尺度存在差异。其中GJB 4907-2003中规定焊点空洞应不大于焊点体积的15%，而IPC-A-610E中规定X-ray影像区内任何焊料球的空洞应不大于25%，从以上数据看国家军用标准要严于IPC标准。

错位

BGA器件错位图
BGA器件在焊接过程中，往往能够自我对正居中，但如回流焊接参数设置不当或其他因素影响仍会出现BGA器件的焊料球与焊盘错位的现象。错位缺陷在X-ray检验设备中的显示表现在影像灰度的级别上，如上图所示，焊料球与焊盘没有很好地对准，导致图像中焊料球都有浅色阴影。这种错位的判定准则在GJB 4907-2003与IPC-A-610E标准中要求并不一致。其中GJB 4907-2003中要求错位应满足焊点中心位置的偏移量不大于BGA封装器件节距15%的要求，即a≤15%b，而IPC-A-610E中则规定BGA焊料球偏移量不应造成相邻焊料球违反最小电气间隙。虽然上述两部标准都相当于允许错位的发生，但一旦采用了X-ray检验设备检验到BGA器件的错位，都应该及时调整整个组装焊接制程，避免错位缺陷的再次发生，保证产品的可靠性。

开路与焊料球丢失

箭头所指的焊料球并未和焊盘连接
从上图左侧的实物图中可以看出，箭头所指的焊料球并未和印制板焊盘进行有效地焊接，无法实现电气连接，在X-ray检验设备的影像区内则表现为小焊料球的投影。
焊料球丢失这种缺陷往往最容易发现，因为在X检验设备影像区内缺失的焊料球会呈现出下图无深色黑影的显示。焊料球丢失与开路都会使印制板组的电路产生断路，因此这两种缺陷都是不允许发生的。焊料珠丢失

焊接连接处破裂

焊接连接处破裂图
焊接连接处破裂是一种较难发现的焊接缺陷，这种带有缺陷的焊点往往会顺利的通过电性能测试，但一旦产品发生故障，在排查故障点的过程中也不易发现，不仅给产品使用带来潜在风险，更给检验带来难度。因此，在利用X-ray检验设备检验焊点时，必须要旋转X射线角度观测每一个焊料球与焊盘连接处区域的影像，如上图所示焊料球与焊盘连接处存在明显的破裂痕迹，连接处影像不仅较虚而且明显存在缝隙。