BGA 錫裂是製程還是設計問題：看哪一顆先壞、斷在哪一面、受過什麼力，從蒐集資料到斷面判讀的 5 個階段

BGA（球柵陣列）焊點裂開，不能一看到就說是 SMT 製程沒做好：一篇試驗文章在它的試驗板與那一種 BGA 上看到，摔落與彎曲時失效集中在板子長邊方向的外排、第一顆壞的是角落的焊球，熱循環則是晶片邊緣下方的焊球比較容易壞；斷面沿著介金屬層整齊斷開、銅焊墊被拉起、或焊球和錫膏之間隔著乾掉的助焊劑，指向的原因都不一樣。要先蒐集現場資料，再看哪一顆先壞、斷在哪一面，用目視、染色拉開與切片確認，接著才判斷是製程、設計還是使用條件。 本文談的是 BGA 焊點在組裝後或使用中裂開時，怎麼分辨原因；X 光、紅墨水與切片的做法細節、枕頭效應的成因、BGA 怎麼重焊，不在範圍內。分成 5 個階段：

• 階段①｜先蒐集現場資料： 什麼時候壞、壞幾片、受過什麼力與溫度。
• 階段②｜看哪一顆先壞： 角落與外排，還是晶片邊緣下方。
• 階段③｜看斷在哪一面： 介金屬層、焊錫本體、銅焊墊被拉起，還是根本沒焊上。
• 階段④｜用什麼看斷面： 外圈目視、X 光、染色拉開、切片，各看得到什麼。
• 階段⑤｜判斷與對策： 製程、設計、使用條件，分開處理。

BGA 焊點本身怎麼檢查、X 光與紅墨水與切片怎麼選，見嘉鴻已上線的〈BGA 焊點怎麼檢查：X-ray、紅墨水、切片怎麼選，5 階段由淺入深〉；本文從「客戶寄回裂開的板子，要回答是不是製程問題」開始講。下面每個階段寫：怎麼做、公開資料怎麼說，有對應時再寫嘉鴻能幫的；來源、例外與整理放在文末的「備註」。此為一般情況，仍需視個案而定。

階段①：先蒐集現場資料

怎麼做：

• 先問「什麼時候壞」：出廠測試就不通、運送後才壞、還是使用一段時間後才壞；時間點不同，懷疑的方向就不同（本文的整理）。
• 再問「壞幾片、壞在哪一顆」：同一批幾片、同一個位置還是隨機；同一顆零件在不同板子上是不是都壞（本文的整理）。
• 問清楚產品經歷過什麼：有沒有摔過、板子有沒有被彎過（組裝、測試治具、鎖螺絲、裝機殼）、使用環境的溫度變化有多大（本文的整理；來源 1 寫板彎是錫裂的重要原因之一）。
• 同時拿到製程資料：回焊曲線、錫膏、鋼板、同一批的 X 光或檢查紀錄（本文的整理）。

公開資料怎麼說： 一家半導體廠署名的兩位作者在產業雜誌上的文章（網址標示 2003 年 1 月）寫到：有意或無意的板彎，可能是焊點裂開的重要原因；它也舉了一個製程的案例：這一個案例的回焊曲線沒有針對錫膏裡的助焊劑調好，浸潤區太長，助焊劑的溶劑在回焊前就乾了，乾掉的助焊劑在焊球與板上錫膏之間形成隔層，這種焊點可能通過電性測試，之後在一般的板彎下就會開路（備註表 1）。

嘉鴻能幫的：

• 板子平不平、載具有沒有翹，嘉鴻已上線的〈白光結構光厚度與形變量測｜載具翹曲、板翹與錫膏厚度的非接觸檢測〉介紹非接觸地量整片載具與板子高低差的方法（頁面寫系統目前在常溫下量測）。

階段②：看哪一顆先壞

怎麼做：

• 標出壞的焊球位置：畫在 BGA 的球位圖上，看集中在角落、外排，還是晶片邊緣下方（本文的整理）。
• 角落、沿板子長邊方向的外排先壞：先往摔落、板彎這類機械應力查（本文的整理，依來源 2 一種試驗板的結果）。
• 晶片邊緣下方的焊球先壞：先往熱循環（材料熱膨脹係數不同）查（本文的整理，依來源 2 一種試驗板的結果）。
• 位置隨機、沒有規律：先往製程查，例如沒焊好、空洞、焊球與錫膏沒融在一起（本文的整理）。

公開資料怎麼說： 一家底部填充膠廠與一家半導體廠合寫的產業雜誌文章（網址標示 2005 年 2 月），比較 BGA 在摔落、彎曲與熱循環試驗下怎麼壞；試驗用的是一種試驗板（115 × 77 mm）與一種 BGA（7 × 7 mm、84 顆焊球、間距 0.5 mm），摔落與彎曲各只試一片板。在他們的試驗板與這顆 BGA 上：摔落與彎曲試驗中，失效都在沿著板子長邊方向的外排，第一顆壞的是角落的焊球，沿著焊料與零件焊墊的界面裂開；摔落與彎曲時，關鍵焊點主要是在板子彎曲時以「剝開」的方式壞；熱循環時，晶片邊緣下方的焊球比較容易壞，焊點通常以「剪切」的方式壞，主要原因是溫度變化時封裝材料的熱膨脹係數不同。前面那篇半導體廠的文章寫到：陶瓷 BGA 的熱循環疲勞，由離中性點的距離與熱膨脹係數不匹配驅動（備註表 1）。

嘉鴻能幫的：

• 外圈焊球的位置與外觀，可用 7 吋數位顯微鏡 拍照記錄（商品頁寫 1 到 1,200 倍連續變焦、鏡頭角度可調、可拍照錄影）。

階段③：看斷在哪一面

怎麼做：

• 沿著介金屬層整齊斷開：斷面很平、像整片剝下來，先往界面變脆查，例如化鎳浸金（ENIG）焊墊的黑墊（本文的整理；來源 1 寫化鎳浸金焊墊上的脆性介金屬層，通常沿界面整齊斷開）。
• 銅焊墊整片被拉起來：焊墊連著焊球一起離開板子，先往板彎、摔落這類大的機械應力查（本文的整理；來源 1 文中的板彎案例有銅焊墊被拉起）。
• 焊錫本體裡面裂開：裂縫在焊球中間或靠近一側，多半是反覆應力造成的疲勞（本文的整理）。
• 根本沒焊上：焊球和錫膏之間有隔層、沒有融在一起，是製程問題（本文的整理；來源 1 的乾掉助焊劑案例）。
• 同一顆 BGA 上有好幾種斷法，就分開記錄、分開判斷（本文的整理）。

公開資料怎麼說： 前面那篇半導體廠的文章寫到：化鎳浸金焊墊的板子，板面可能形成脆性的介金屬層，通常沿著介金屬界面整齊斷開（圖說寫的是黑墊）；文中案例的圖說寫，板彎造成銅焊墊被拉起，以及焊點在板子焊墊處斷裂；乾掉的助焊劑在焊球與錫膏之間形成隔層。前面那篇底部填充膠廠與半導體廠的文章寫到：摔落時角落焊球沿著焊料與零件焊墊的界面裂開；彎曲與熱循環試驗觀察到凹窩狀的斷面（備註表 2）。

嘉鴻能幫的：

• 斷面的外觀，可用 4K 3D 數位顯微鏡 觀察與拍照（商品頁寫內建測量系統、可多角度旋轉顯示，用在焊點檢查與缺陷辨識）。

階段④：用什麼看斷面

怎麼做：

• 先做不傷板子的：外圈目視或顯微鏡、電性量測、X 光（本文的整理；順序也見〈BGA 焊點怎麼檢查：X-ray、紅墨水、切片怎麼選，5 階段由淺入深〉）。
• X 光看不太出裂縫：要確認斷在哪一面，用染色拉開（紅墨水）；要看斷面的樣子，用切片。
• 染色拉開會毀掉 BGA 和板子，切片很花時間：兩種都先和客戶講好、先選好要做的位置（本文的整理）。
• 斷面要拍照、標位置，和階段②的球位圖對起來（本文的整理）。

公開資料怎麼說： 前面那篇半導體廠的文章寫到：染色拉開可以看出模組故障是焊點的問題還是別的問題；染色液可以在 125 °C 烘烤至少 15 分鐘快速固化；厚度 1.5 mm（0.062 吋）以下的板子，通常可以在 X、Y 方向彎板，把沒裂的焊點扳開，讓 BGA 容易取下；比 1.5 mm 厚或加硬的板子，就不能用彎板的方式；染色拉開會毀掉 BGA 與它焊在上面的板子；把焊在板子上的 BGA 切片、找出壞掉的焊點很花時間；X 光找焊點斷裂與開路的能力有限；外圈焊球可以目視檢查，內排很難看到（備註表 2）。

嘉鴻能幫的：

• X 光、紅墨水與切片怎麼選、照什麼順序做，見〈BGA 焊點怎麼檢查：X-ray、紅墨水、切片怎麼選，5 階段由淺入深〉。
• 外圈焊球的目視檢查，可用上面的數位顯微鏡。

階段⑤：判斷與對策

怎麼做：

• 製程造成的（沒焊上、空洞、介金屬層異常）：回頭查回焊曲線與錫膏、助焊劑、鋼板與焊墊表面處理（本文的整理）。
• 設計造成的（板子太薄、BGA 放在容易彎的位置、角落沒有補強）：和設計端討論板厚、零件位置、補強或底部填充（本文的整理）。
• 使用或組裝造成的（摔落、測試治具壓板、鎖螺絲、裝殼時彎板）：量組裝與測試時板子受的力或變形，改治具與組裝方式（本文的整理）。
• 改了之後，用同樣的試驗驗證（摔落、彎曲或熱循環），和改之前比（本文的整理）。
• 報告寫清楚：哪一顆先壞、斷在哪一面、受過什麼力，結論是製程、設計還是使用，證據各是什麼（本文的整理）。

公開資料怎麼說： 前面那篇底部填充膠廠與半導體廠的文章，比較有沒有底部填充膠的熱循環結果（-40 到 125 °C、每循環 40 分鐘，數據來自 30 顆 BGA，特徵壽命指 63.2% 失效，底膠是一種市售產品）：沒有底部填充時，第一顆失效在 358 次循環、特徵壽命 556 次；有底部填充時，分別是 2,254 次與 11,001 次；並寫到熱循環的失效機制與摔落、彎曲試驗不同。同一篇也寫，摔落與彎曲試驗中，先壞的那一區（沒有底部填充時約 30 次摔落、900 次彎曲就壞），加了底部填充的改善沒有統計意義；有一個臨界應力，到了那裡用底部填充幾乎沒有好處（備註表 3）。

嘉鴻能幫的：

• 底部填充（底膠）有哪幾種、前處理與放行門檻怎麼訂，嘉鴻已上線的〈覆晶底膠（Flip-Chip Underfill）量產實務｜電漿前處理、氣泡對策與放行門檻〉以覆晶封裝為例整理過；板子上 BGA 的底部填充，請以膠材廠的資料為準。

常見問題

Q1：BGA 錫裂一定是 SMT 製程沒做好嗎？

不一定。錫裂可能來自製程（沒焊好、空洞、介金屬層異常）、設計（板太薄、BGA 放在容易彎的位置），也可能來自使用與組裝（摔落、測試治具壓板、鎖螺絲彎板）。一家半導體廠的產業雜誌文章就寫，板彎可能是焊點裂開的重要原因。先看哪一顆先壞、斷在哪一面，再下結論。

Q2：為什麼 BGA 總是角落的焊球先裂？

角落受的機械應力較大。一篇試驗文章在它的試驗板上看到，摔落與彎曲時失效集中在沿板子長邊方向的外排，先壞的是角落焊球；熱循環時則是晶片邊緣下方的焊球比較容易壞。角落先壞，先往摔落、板彎查。

Q3：斷面沿介金屬層整齊斷開，代表什麼？

先往界面變脆查。公開資料寫，化鎳浸金（ENIG）焊墊上的脆性介金屬層，通常沿界面整齊斷開，也就是常說的黑墊問題；如果是銅焊墊整片被拉起，多半是大的機械應力；裂在焊錫本體中間，多半是反覆應力的疲勞。

Q4：紅墨水和切片要選哪一種？

看要回答什麼。要確認斷在哪一面、哪些球裂了，用染色拉開（紅墨水）；要看斷面的樣子與介金屬層，用切片。兩種都是破壞性的：染色拉開會毀掉 BGA 和板子，切片很花時間，所以先做目視、電測、X 光，再和客戶講好位置才做。

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。您的產品規範、客戶的驗收標準與相關標準，和本文不同時，以它們為準。

各階段的出處

表 1｜哪一顆先壞，指向哪一種應力

來源：見各列。

表 2｜斷在哪一面，指向什麼

來源：見各列。

表 3｜檢查方法與底部填充的數字

來源：見各列。

例外與限制

• 看到什麼、沒看到什麼：本文讀到的是 2 篇產業雜誌上的廠商文章（一家半導體廠署名的兩位作者寫的染色拉開文章、一家底部填充膠廠與半導體廠合寫的試驗文章）。沒有讀到 IPC-9701、JEDEC 的摔落試驗標準與 IPC-A-610 等驗收標準的內容。
• 有立場的資料：來源 2 有兩位作者任職的公司，就是腳註標的試驗用底膠的出處，底部填充的數字是作者們自己的試驗；本文照列，不當成通則，也不推薦特定產品。
• 試驗與現場不同：來源 2 的位置與斷法，是一種試驗板與一種 BGA 在摔落、彎曲、熱循環試驗的結果（摔落與彎曲各只試一片板）；現場的板子常常同時受好幾種應力，位置與斷法只是線索。
• 斷面與原因的對應：表 2 的對應出自來源的案例；「焊錫本體裂開多半是疲勞」「位置隨機先往製程查」是本文的整理，判斷要靠切片與多片比對。
• 來源的年代：兩份都是網址標示 2003、2005 年的文章，頁面沒有發表日與版權年，是二十年以上的資料；封裝、焊料與試驗方法都有改變，請以現在的資料與標準為準。
• 本文的整理：階段①的四個問題、階段②的球位圖、依位置先查的方向與隨機先查製程、階段③的四種斷法分類與分開記錄、階段④的順序與先和客戶講好、階段⑤的三類對策、驗證與報告，是本文的整理；其餘句子都能在來源找到對應的敘述。
• 範圍：本文只談 BGA 焊點裂開時怎麼分辨原因；X 光、紅墨水與切片的細節、枕頭效應的成因、BGA 重焊，不在範圍內。
• 設備與商品：「嘉鴻能幫的」只寫站上商品頁與已上線文章的原文，規格以商品頁為準；連結文字用的是功能名稱，沒有寫商品頁的型號、系列代號與廠牌。

本文為一般情況的歸納，不是標準條文的轉述，也不是對某一家廠商、設備廠或服務商的背書，更不是對您產品與製程的擔保。請以您的產品規範、客戶的驗收標準與相關標準，以及您自己的驗證為準；此為一般情況，仍需視個案而定。