电路板焊点强度的简易失效分析法

一、前言

SMT焊点强度之失效分析方法甚多，然而对于深藏腹底不见天日的BGA球脚焊脚而言，多半属于破坏性的事后研判。常见者如推球式的剪力试验，对完工组装板的三点弯折或四点弯折试验，正面直接拉力之撕裂试验等；即使事后发现了断口断点等根本原因之所在处，但却常因试验之动作过猛，难免造成证据模糊线索摧毁的遗憾。

此为斜对BGA反方向单点施压，所谓三点弯曲变形破坏性试验之示意图。图1.此为斜对BGA反方向单点施压，所谓三点弯曲变形破坏性试验之示意图；另外四点弯折试验，系指对角线两点下压，另外对角线两点支撑之扭曲变形试验。若能在各种破坏试验之前，先对试样进行染色处理，亦即採用红色染料之探索法，使渗入裂口微缝的细部失效处，再去执行强力破坏的你东我西，则原本故障处自必原委尚存眞像历历，如此证据确凿之下再去进行失效分析时，当然就不会再有胡猜瞎矇乱枪打鸟的镜头上演了。

对于BGA众多球脚式的面积性贴装而言，外围的銲点也许尚可进行斜窥目检，但深藏不露与世隔绝的大多数腹底銲点，则只能依赖X-Ray透视的模糊影像去做臆测了。此时若能先对其膏肓处进行染色再破坏时，则眞相之一清二楚，原形之毕露眼底，又岂是X光可得以比拟？

二、染色法的实施

此Dry-n-Pry〈染色及侦察）染色法的一大优点，就是无需动用到昂贵複杂的机器。该等特殊染剂之基本条件，就是可加溶剂而调薄其黏度，如此对于某些銲点的细缝微裂方可顺势潜入。另一种还须具备的本领就是“快乾易乾”，必要时还可升温加速乾燥，以方便后续的观察与研判。某些机械工场在金属材料上所常用到标记油墨，即可楚才晋用转战于此种场合。

作业方法可採吸管引取少许染料，再针对于待检的BGA座落处，使染料小心散入目标区域，必要时还可一再变动板面角度，以协助染料的潜入与分散。最好是再将待检板放入真空箱内，在抽眞空的协助下让染料顺利进入銲点的裂缝，此法还可加速溶剂的逸走与染料的干燥。

经过上述的染料处理及乾燥后，即可将失效的BGA或CSP经由外力的强制下，硬性予以撕裂迸离。于是即可在各銲点开裂处直接观察，全新光泽的断面当然就不是先前的故障，已遭染色的裂口或断面，肯定即为原有的失效位置。

此为电路板板面密集贴装多枚小型BGA或CSP之外观。图2、此为板面密集贴装多枚小型BGA或CSP之外观；可从封装体的外缘（即箭头所指处），施加染料（即箭头旁之红点），并令其逐渐渗入BGA或CSP之腹底各处，先行对失效位置著色。至于拆除BGA的方法也很多，例如可用扁头起子用力撬开，或不断左右旋动以方便其分离与顶开。对于薄板而言，亦可小心反方向弄弯其板面以扯裂其銲点；但对板面太小或太厚者在不易弯曲下，则只好先行除掉BGA上层的胶盖以削减其顽强。此时可利用扁平宽口的抹刀，用力插入或挤入胶盖与载板的介面，一旦胶盖得以撬开后，所剩下的载板部份，自然就较容易用尖嘴钳从PCB上将之小心移除了 。

三、失效分析之举例

先利用几个实例，来说明上述染色式故障侦测法的应用，下图3系针对某BGA銲垫的失效分析，画面所见为某BGA之众多球脚銲垫，在组装板上已裂口的展现。由观察可知其之浮裂是由于ENIG已经发生黑垫的分离，此种由于染料先行潜入而不让证据消失的做法，创意虽然不大居功却厥伟！未见染料痕迹者当然就是良好的銲点。在染料的事先佈局下，只要顺利撬开组装板上的BGA，其腹底众多銲垫的好坏，自然也就泾渭分明无所遁形了 。

第2个案例是某CBGA经过温度循环的老化考验后，其组装板面球脚銲点经常发生的“疲劳龟裂”，就是先行染色而得以手到擒来的典型范例。其余闪亮满圆的垫面，外围又被红色所环绕者，当然就是并未失效强度良好的互连接点了。BGA在板面上的球垫，由于其表面处理ENIG的不良而已发生了黑垫，也可在染料先行渗入下，使得事后原形毕露，无所遁形。

图3、BGA在板面上的球垫，由于其表面处理ENIG的不良而已发生了黑垫，也可在染料先行渗入下，使得事后原形毕露，无所遁形。此为大型多脚的CBGA撕开后板面銲垫的眞相，其中心处所受到的应用较少，周边外围甚至四个角落处受到外力的拉扯最猛，经常会在温度循环试验后出现疲劳的裂口。

图4、此为大型多脚的CBGA撕开后板面銲垫的眞相，其中心处所受到的应用较少，周边外围甚至四个角落处受到外力的拉扯最猛，经常会在温度循环试验后出现疲劳的裂口 。

下图5则是在染料事先协助下所揭发的“冷焊点”， 此大型BGA安装于PCB之前，当然要先在板面各球垫上印以锡膏，随后再让BGA各球脚对号入座，并进行后续的热风熔焊。可能是由于升温曲线的定案有欠周详，致使其一波三折的曲线其恒温吸热段时间拖得太久，以致锡膏中的助焊剂出现乾燥甚至裂解，不但未能在球脚与承垫进行焊接的关键时刻伸出援手，反倒是尸位素餐形成了焊接的障碍。此等冷焊或僞焊只要先经染料的从旁深入揭发，再受到外力的考验，则其等Dried lux的事实眞相，当然也就水落石出昭然在目了。由于熔焊加热段太长，致使锡膏中的助焊剂发生乾燥而形成冷焊点， 一经板面的反方向弯折时，则各伪焊处均应声分裂。

图5、由于熔焊加热段太长，致使锡膏中的助焊剂发生乾燥而形成冷焊点， 一经板面的反方向弯折时，则各伪焊处均应声分裂。

此为三点或四点弄弯板面时所发生銲点分裂的另一画面，所指的三点红色处，即为原已故障之裂口。

图6、此为三点或四点弄弯板面时所发生銲点分裂的另一画面，所指的三点红色处，即为原已故障之裂口。