BGA 紅墨水與切片報告怎麼看：先看圖例，再看斷在哪一層、染了多少，6 階段讀懂

拿到 BGA 紅墨水（染色拉開）與切片報告，先看圖例：斷裂位置的編號與染色面積的等級，每份報告寫得不一樣；再看三件事：焊點斷在哪一層、染了多少、兩面對不對得起來。染到色的面，是拉開之前就已經裂開的；沒有染到色的面，是拉開時才斷的。切片只看一個剖面，要和紅墨水對起來讀，才知道該往 SMT 製程、板子、零件或受力的哪一邊查。

• 圖例各家不同：IPC-TM-650 2.4.53 的範例，有自己一套斷裂位置的編號與染色等級的代號；產線上常見的情形是，各實驗室的報告各用一套，同一個字母在兩份報告裡，可能代表不同的面積範圍（階段①）。
• 染到色，才是原本就裂：標準寫明，原本就有的裂縫會被染到，兩面通常成鏡像；沒有染到色的斷面，是拉開那一下才斷的（階段②至④）。
• 紅墨水只供觀察：標準自己寫明，這個方法只用來觀察有沒有染色的跡象，不是強度試驗；染多少算有問題，要和客戶約好。切片只看一個剖面，一顆焊點只代表一顆（階段③、⑤）。

檢查怎麼做、先後順序怎麼排，請看〈BGA 焊點怎麼檢查〉；本文從「報告已經拿到手」開始講，範圍是怎麼讀。染色面積或空洞「多少算過」的判定值、枕頭效應（Head-in-Pillow，焊球與錫膏沒有融成一體）為什麼發生、BGA 的重工與植球，不在本文。下面每個階段寫了怎麼做，以及嘉鴻能幫的；來源與例外放在文末的備註。

先看這張：報告上看到什麼，先看哪個階段

階段①：先看報告的底：樣品、做法與圖例

報告前面幾頁，決定後面的照片能不能對回您的板子；先看這幾項，再看結果。

表中的「做法的參數」，同一份方法（2017 年 8 月版）還寫了幾個時間與限制，可以拿來對照報告寫的做法［參A］：清洗助焊劑的溶劑不能用異丙醇，因為它溶不掉助焊劑；抽到 67.7 kPa 真空 3～4 分鐘，再讓樣品在維持 67.7 kPa 真空下泡在染料裡至少 30 分鐘，真空任何時候都不超過這個值，否則染料會開始沸騰揮發；烘乾之後，可能的話再讓樣品在室溫下放一夜，因為沒乾的染料在拉開時會被抹開，造成錯誤的結論［參A］。

產線上常見的報告順序是：每顆 BGA 依序放整體照、拉開後的板側與零件側、四個角的特寫，接著才是結論。

斷裂位置的編號與染色等級的字母，各實驗室的報告各有一套，和 IPC 範例的編法不一定相同；同一個字母，在兩份報告裡可能代表不同的面積範圍。讀報告時先看圖例，不要憑記憶讀字母；報告沒附圖例，請實驗室補。

一個分析造成損傷的例子：試驗件被懷疑有晶片裂紋，週報寫，這個疑慮已排除，裂紋是失效分析的方法造成的。週報對裂紋這件事只有這一行，沒有寫怎麼確認。這個例子可以提醒：看到的損傷，要先排除是不是分析本身造成的；收到這類結論時，可以請實驗室寫明是用什麼方法確認的。

嘉鴻能幫的：

• 先問實驗室樣品會不會退回；拿回來之後，用顯微鏡對著報告的照片，看染色的形狀在同一個位置能不能對上。高畫質 7 吋數位顯微鏡：JH-G1200 為 1–1200 倍、JH-G1600 為 1–1600 倍連續變焦，物距 10 mm 至無限遠，鏡頭角度可調，7 吋觸控螢幕，內建拍照與錄影；進階配件組附輔助燈與 32G 記憶卡，可以存檔當記錄。
• 4K 3D 數位顯微鏡 TD-4KHU：內建測量系統，螢幕直視，可多角度旋轉顯示。
• 顯微鏡外接螢幕與 KVM 切換器：Full HD 解析度，180° 可旋轉底座；多人一起看、一起拍照記錄用。
• 嘉鴻的〈數位顯微鏡｜誤差及校驗問題問答〉：量測值基本上以提供一個數據值為主，並非拿來做精準量測；人員重複性明顯大於設備重複性。
• 價格與庫存，請洽詢。

階段②：看斷在哪一層：七個位置，加上枕頭效應

IPC-TM-650 2.4.53 的圖 20，標出的斷裂位置，可以歸成七處；一篇 IPC 研討會論文的圖 1 也畫了七種，並說明通常會有好幾種同時存在，各自在不同的受力大小下出現。下表依圖 20 整理，右欄是一般的判讀方向，不是標準條文，也不是結論。IMC（Intermetallic Compound，金屬間化合物）是焊料與焊墊金屬反應，在界面長出的薄層。

• 墊下開裂的樣子：SMTA 期刊的一篇論文，把裂縫分成兩段：先從焊墊附近的板材表面出發，約斜 45 度往下走到第一層玻璃纖維；再沿著纖維束的上緣走，直到在焊墊內側找到短路徑回到表面。拉開後，常見一個錐形的坑。這篇論文的做法，是把染色與顯微鏡看得出來的板材損傷，一律當作失效。IPC-TM-650 2.4.53 的圖 16 是板材開裂的範例，注明染色很淡，是粉紅色。
• 電性與非破壞檢查，看不出來：一篇研討會論文寫明，墊下開裂的裂縫，電性測試與非破壞檢查都偵測不到，要靠染色拉開或切片。
• 焊墊的設計，會改變斷的位置：同一篇論文，整排用 NSMD 焊墊（防焊開窗比銅墊大，焊接面積由銅墊定義）時，主要是墊下開裂；把每個角外側的 6 個焊墊換成 SMD 焊墊（防焊壓在銅墊邊上，焊接面積由開窗定義），那 6 個改成 IMC 斷裂，其餘仍主要是墊下開裂。
• 多次過爐，兩種斷法都更容易：同一篇論文指出，經過多次回焊的板子，更容易墊下開裂；作者推測，多次回焊使 IMC 變厚，降低脆性斷裂的強度。

嘉鴻能幫的：

• 拉開後的板子與零件，用階段①的數位顯微鏡看。
• 價格與庫存，請洽詢。

階段③：看染了多少、染在哪裡

一份報告，全部沒染色，只能說「這幾顆沒看到」，不能說整批沒有。下表是一般的二項分布計算（不是標準條文）：全部沒看到時，以 95% 的信心，整批不良率可能高到多少。

反過來的例子：報告只拉開幾顆（例如 6 顆），結論寫「沒有發現不良」；它說的是那幾顆，不是整批。

上表的算法，統計上有個好記的近似，叫「三的法則」：n 個樣本都沒有出現某件事時，整體發生率的 95% 信賴區間上限約是 3／n［參B］［參C］；n 大於 30 時，這個近似就不錯［參C］。用上表同一個公式反推（本文的計算例）：要在全部沒染色時，把 95% 信心的上限壓到 5% 以下，至少要拉開 59 顆；壓到 1% 以下，至少要 299 顆。顆數少時 3／n 會偏高：6 顆時 3／n 是 50%，上表的精確值約 39%。

嘉鴻能幫的：

• 用階段①的數位顯微鏡，把退回的樣品拍照，對照報告的染色位置；顯微鏡外接螢幕可以多人一起看。
• 價格與庫存，請洽詢。

階段④：看沒染色的斷面：拉開時新斷的地方

沒有染色的斷面，不是「原本就裂」，但它告訴您：這一顆焊點，拉開時薄弱的地方在哪裡。

表中提到的墊拉試驗，IPC 有一份專門的方法：IPC-9708《Test Methods for Characterization of Printed Board Assembly Pad Cratering》，IPC 線上商店寫它在 2010 年 12 月發行；它評估的是板材與設計在表面黏著焊墊底下發生介電層內聚破壞的傾向，試驗方法包括拉針（pin-pull）、拉球（ball-pull）與推球（ball shear），可用來把不同板材與設計參數排序比較［參D］。

產線上常見的做法是：比較助焊劑時，回焊之後把 IC 直接從銅板上拉起來，看斷在哪一層；焊料全部留在銅板上的，評為很好。這是用「新斷的地方」，來比較焊接結合好不好。

嘉鴻能幫的：

• 拉開之後的斷面，用階段①的數位顯微鏡看。
• 價格與庫存，請洽詢。

階段⑤：看切片照片：裂縫走哪裡、組織長什麼樣、跟紅墨水對得起來嗎

切片是把焊點切開、磨平，在顯微鏡下看剖面；它看得清楚，卻只看一個平面。

• 切片要選對那一顆：IPC 研討會論文說，切片之前，必須先知道是哪一個腳位有問題；一篇業界文章提到，紅墨水常放在切片之前，用來決定切哪裡（見階段③的位置圖）。
• 兩份報告說的不一樣：一篇論文，染色拉開與切片，看到的失效模式相同；兩份不一致時，先問：切的是同一顆嗎？切在哪個位置、哪個方向？拉開的是不是同一批板子？
• 看不到的，寫「未做」：沒做電子顯微鏡與成分分析，就是「未做」，不是「沒有」。

嘉鴻能幫的：

• 切片之後，看剖面的大致形狀與裂縫位置，可以用階段①的數位顯微鏡。
• 價格與庫存，請洽詢。

階段⑥：兩份報告合起來讀，寫成下一步，再補問不足的

先把紅墨水與切片，對成同一張表，再決定往哪裡查。下表是一般的查因起點，不是結論。

報告的資料不足時，請實驗室補：

嘉鴻能幫的：

• 白光結構光厚度與形變量測：量板子與載具的翹曲、錫膏厚度；常溫下量，精度約 ±25 µm。它量的不是元件在回焊溫度下的翹曲，也不能拿來說符合高溫翹曲的量測標準，結果只當參考。
• 爐溫測試儀：頁面寫 7、9、12 通道、熱電偶自動設定、保固 2 年。測溫線（K 型）：鐵氟龍款 0～260°C，量回焊爐；線徑兩種，粗的 0.255 mm 耐彎折，細的 0.127 mm 反應快；頁面附有嘉鴻自行送驗的檢測報告。
• 錫膏／錫絲系列：頁面寫焊錫膏 SAC305-T4（無鹵素）、無鉛環保，與各規格錫絲。
• SMT 軟頂針組系列：PCB 底部支撐的耗材，商品頁寫的是貼片時支撐板面、維持水平；整組與上座兩種規格。
• 板子在印刷機上的支撐，見〈錫膏印刷機支撐塊怎麼選〉。
• 價格與庫存，請洽詢。

常見問題

Q1：紅墨水報告是英文的，上面常見的字怎麼對到中文？

常見的對照是：Dye and Pry／Dye and Pull 是紅墨水（染色拉開）、Cross-section 或 Microsection 是切片、Pad Cratering 是墊下開裂、Head-in-Pillow 是枕頭效應、IMC 是金屬間化合物、Black Pad 是化鎳浸金的黑墊。有沒有染到色，報告常寫成有染料滲入（dye）或沒有染料（no dye），有的實驗室會把沒染色的斷面描述成銀色、金屬色的區域。斷裂位置的代號與染色等級的字母，各家寫法不同，請照報告自己的圖例讀（見本頁階段①、②）。

Q2：切片沒有切在焊球正中間，照片上的裂縫長度可以直接寫進報告嗎？

不建議直接換算成「裂了幾成」。切面離球心越遠，看到的焊點寬度就比實際直徑窄，裂縫長度與佔比可能偏高，也可能偏低；裂縫如果只在圓周的某一側，切的方向不同，看到的也會不同。請實驗室寫明研磨到哪個位置（有沒有到球心）、切的方向與放大倍率；要看整面的裂縫分布，紅墨水的染色面積比單一剖面完整（見本頁階段⑤）。

Q3：客戶要 8D，可以把紅墨水報告的結論直接寫成根本原因嗎？

不建議。紅墨水告訴您的是「哪一層、在拉開之前就裂了」，這是現象；IPC-TM-650 2.4.53 自己寫明，這個方法只用來觀察染色的跡象，不是強度試驗。8D 的根本原因，還要對上製程或材料的證據，例如爐溫紀錄、板子在各工序的應變、焊墊表面處理的分析，並在 8D 裡附上拉開與切片各幾顆、依據的標準版本與報告圖例，讓客戶知道結論的範圍（見本頁階段⑥）。

Q4：紅墨水會不會把原本沒裂的焊點，弄成看起來有染色？

有可能，常見的有兩種情形。一是染料沒有烘乾，拉開時被抹到新斷的面上，看起來像染到色，所以做法會要求拉開前把染料完全烘乾；二是在泡染料之前，取樣鋸板、拆治具或搬運時讓板子受力，這時才產生的裂縫也會被染到。收到報告時，可以請實驗室寫明烘乾條件、取樣怎麼切、切口離 BGA 多遠（IPC-TM-650 2.4.53 寫，零件四周留約 19～38 mm 的板子，板子小到放得進拉力治具就不切［參A］），並對照收樣時的外觀照片（見本頁階段①）。

備註：來源與例外

以下給需要核對的人看，不看也不影響上面的做法。標準的條文請以官方原文為準；您的客戶給的規範、實驗室的做法與本文不同時，以它們為準。

各做法的出處

此為一般情況，仍需視個案而定。

例外與限制

• 年代：公開來源可見的年份在 2006 到 2020 年之間，有幾篇頁面沒有顯示日期；板材、焊料與設備一直在變，其中的比例與傾向，只供參考。
• 單一論文：七種位置之外，墊下開裂的比例、損傷的方向、焊墊設計的影響，來自特定的測試板與大型覆晶 BGA 的彎折試驗，不是通則。
• 圖例：各實驗室報告的位置編號與染色等級寫法不同；本文不列對照值，請以您手上報告的圖例為準。
• 判讀方向：表格右欄的「先往哪裡查」，是一般說法，不是標準條文，也不是結論；每一項都要用您的樣品與製程資料去驗證。
• 未讀原文的標準：IPC-9702、IPC-9708，本站只讀到論文裡的引述，沒有讀原文。
• 判定值：本文不寫染色面積與空洞的百分比；數值請看官方原文，並與客戶約定。
• 範圍：本文不談枕頭效應的成因、BGA 的重工與植球、封裝內部的分層（要用聲波掃描）、墊下開裂的應變限值。
• 商品資訊：規格以各商品頁為準。白光結構光量測是常溫量測。

本文為一般情況的整理，不是標準條文的轉述，也不是對某一個實驗室或某一台設備的背書，更不構成對您製程的保證。請以您客戶的規範、您採用的標準版本、實驗室的報告，以及您自己的驗證為準；此為一般情況，仍需視個案而定。