这些【BGA失效案例的X-ray】照片是某个论坛上的一位网友发布的，展示了一些BGA失效的案例。

这位网友遇到了一个问题：组装电路板通电后无法正常工作，但如果手动按压BGA芯片则能激活。

他在论坛上询问大家，是否能够根据这些X-ray照片判断BGA失效的原因，并重现这种失效模式。他们的客户要求找到失效的根本原因，并能够根据这个原因复现同样的失效情况。

也许是这位网友被客户给逼急了，也或许是真因难寻，感觉他似乎并不是很想把真因找出来，而只想尽快地把问题给处理掉，你没有听错，我说的是「把问题处理掉」，因为这位网友居然询问有没有什么方法可以用手刷锡膏的方式来拷贝拷贝重现不良模式，好给客户一个交代，因为客户有要求啊。

看了一下论坛他贴出来的照片，只有X-ray的俯视图，有经验的朋友应该都知道，BGA的锡球焊点位于在本体的下方，正常的情况下是无法经由目视(visual inspection)来检查到的，而一般的X-ray设备虽然可以穿透本体，但是照出来的也只是阴影，而且还只能检查有无短路问题，而无法检查焊点有无空焊或虚焊。

所以，在论坛上面，大家几乎一面倒的指出，这种BGA的失效模式是无法使用2D X-ray看出什么结果的，并建议他应该要使用3D X-ray或拿去做切片(cross-section)，或者是做红墨水染红测试，才能确认真因是否为锡球焊接的品质问题。最后苦主无奈的回覆并表示说，客户不给做切片啊，因为切片是破坏性的检查，一旦做了还找不到答案，证据就没了。

笔者个人是觉得，当遇到无法解决的工程问题时，可以利用特性要因分析图，也就是鱼骨图，或是心智法(mind map)，来罗列出问题发生的可能原因，然后逐步验证排除可能原因来查找出真因。而不要像无头苍蝇一样乱撞。

根据楼主对BGA失效模式的叙述，笔者觉得最有可能的不良原因有两个：

1. BGA焊锡破裂，也就是焊锡原本是好的，但因为不明原因而发生了破裂。

这种不良大多会发生在客户端，少部分则会发生在工厂端。所以可以先确认这个BGA不良是在生产工厂就发现的还是在客户端才发现的。

而这类焊锡破裂也比较偏向是设计的问题，大多是因为焊锡无法承受应力而断裂，

而其断裂的位置通常发生在IMC层，这种失效模式的主要原因，通常是PCB遭受外力作用而发生弯曲变形所导致，有可能是终端用户不小心将产品摔落地上，或是其他不可抗因素的碰撞或挤压产品，尤其那些手持设备最容易发生。

2.另外一个可能原因是，双球现象的HIP或称之为HoP的枕头效应不良，其实也有可能是NWO不良。

不管是HIP/HoP/NWO，其发生的原因都大同小异，它们其实都指向BGA锡球在焊接时候发生虚焊或空焊不良。

而不管是双球现象或IMC破裂问题，其实都很难使用2D的平面X-ray设备检查出来，不过有经验的工程师或许可以透过比较相邻锡球的大小来大致猜测可能出问题的锡球位置。

也就是，如果有发现较大或较小的锡球直径，那里就比较有可能是出现焊锡问题的地方，为了确保检查的正确性，最好是再拿一片正常的板子来搭配做对照组。

其实，除了2D X-ray之外，还有一种进阶的2.5D X-ray设备可以使用，它只是比2D X-ray多了一个可以旋转与倾斜不同角度的平台，而HIP这类双球现象则有很大的机会可以透过观察不同角度的锡球阴影形状侦测出来。

因为正常的BGA锡球，实际看起来应该是一颗去头去尾的双截平圆球体，透过观察不同倾斜角度的X-ray影像，如果发现有葫芦形腰身的锡球，就有可能是HIP不良，当然也可能发生误判，毕竟X-ray影像就只是阴影图像。而如果看到某颗锡球变形较为严重，则可能是NWO不良。

另外，还有一种称为【3D CT X-ray】的设备，可以做到X-ray扫描的立体成像，算是到目前为止非破坏性检测HIP不良的最好方法，它的成像原理其实与我们在医院做人体全身「CT(计算机断层扫描)」是类似的。

透过3D成形的影像，可以让我们很直观的判断，锡球焊接是否有HIP或NWO不良。

但如果是IMC层的破裂则不太容易透过3D X-ray来检测出来，而且3D X-ray的扫描很花时间，对那些多脚数的BGA封装，有可能一天也检测不完一颗BGA封装。换个说法，就是3D检查很花钱。

至于切片或是红墨水检测则是最终的破坏性检测，因为一旦做了就破坏现场，当然，切片及红墨水检测可以更直观的告诉我们锡球焊接到底发生了什么事。

几天后，楼主又上来发了另一个帖子，并附上了几张使用光纤仪器侧拍BGA芯片底部锡球的照片，希望大家再帮忙看看是否可以发现锡球焊接的问题。

有经验的朋友应该都知道，使用特殊光纤摄像头(fiber optic camera)的确可以侧拍到BGA芯片底部锡球的照片，

但一般大概只能拍到最外面一排的锡球，顶多可以拍到最外面第二排的锡球，再往内就会看不清楚，还得看PCB上面BGA芯片的旁边有无其他零件阻挡光学仪器，

有人还会利用镜子的反射来增加观察的视角，否则光纤摄像头一般也只能看到锡球焊接在PCB端的位置，而无法观察到锡球焊接在BGA载板上的焊接面。

大家一看粘贴来的新照片，纷纷发表自己的意见，有人说这锡球看起来怎么怪怪的，更多人则说这焊球的表面呈现暗沉、粗糙、不规则纹路、类似豆腐渣、有还有人说怎么看起来有颗粒感、无金属光泽，似乎有冷焊的倾向，是不是回焊的温度没有调好等。

老实说，个人看过这些照片后的结论是，无法确认锡球有没有虚焊，至于是否有HIP双球现象就更别说了，因为看不出来，

我们有一份事实说一分话，真看不出来有BGA锡球焊锡问题，只能说锡球的表面真的不太漂亮，也确如网友们说的锡球的表面呈现暗沉、粗糙、有不规则纹路、类似豆腐渣、有颗粒感、无金属光泽，

但这不能结论说焊锡品质有问题，只能说焊得不好，疑似可能有虚焊，特别是这张照片的这个位置，但无法直接结论说这样子就是有虚焊问题。如果可以的话，最好可以把助焊剂洗掉后在用光纤侧拍一次。

如果还是看不出来，在不能做切片或红墨水染色等破坏性检查的情况下，建议楼主还是得去找实验室拍【3D X-ray】成像，

如果经费有限，建议先拍BGA四个角落的焊接成像，因为HIP不良几乎都会发生在BGA四个角落的位置，因为对角线的距离是最长的，翘曲的力距也是最大的。

这依然是个没有结论的网络论坛案例，所以也只能当作是看图说故事的讨论，跟大家分享，不知道大家有什么看法？欢迎在评论区留言讨论！