BGA 焊点空洞率判到多少算合格,很多人第一反应是翻 IPC-A-610——翻完更懵,里面只给「空洞总面积不超过焊球投影面积 25%」这一条,其余全是「按客户文件」。真正在产线上跑的人要的不是这一句,而是:X-Ray 拍出来几颗洞、洞占多大、落在哪个位置,判退还是放行。判据不清,争议就从这里来。
一、先把「空洞率」这三个字拆开算
X-Ray 报告上那个百分比,分母到底是什么,先要问清楚。同一颗焊点,按焊球投影面积算和按焊球体积算,结果能差出 8 到 12 个百分点。
行业里通行的算法是二维投影:把 X-Ray 图像里焊点灰度区域当成焊球投影,把暗斑(空洞)面积求和,除以投影面积。CT 做的是三维,算的是体积占比。两者不能直接比。你拿 X-Ray 的 22% 去对客户 CT 报的 18%,看着差不多,其实口径不同。
| 算法口径 | 分母 | 典型数值差异 | 适用判定 |
|---|---|---|---|
| X-Ray 二维投影 | 焊球投影面积 | 偏高,边缘空洞易放大 | 量产全检 |
| CT 三维体积 | 焊球实际体积 | 偏低,贴近真实 | 失效分析、客诉仲裁 |
| 切片金相 | 截面焊点面积 | 只反映单截面 | 抽检复核 |
上表里切片金相那一行要单独说一句。一个截面看不到空洞,不代表整颗焊球没洞。切片只切一刀,洞偏在另一侧就漏掉了。所以切片适合做最后确认,不适合当全检依据。
二、X-Ray 判空洞,先看位置再看面积
很多质量工程师盯的是总面积百分比,其实位置比面积更敏感。IPC-A-610 那条 25% 之外,客户文件通常还会加一条位置限制。
空洞落点大致分三类:焊球内部、焊球与焊盘的界面、焊球与 PCB 焊盘之间的界面。第三类最要命,它直接切断了电流路径的截面,热循环下还容易扩展成裂纹。
实测经验值:界面空洞单颗面积超过焊球投影 5%,或者界面空洞连成一条横贯线,基本判退。焊球内部空洞放到 20% 到 25% 之间,多数客户还能接受。这两个数不是一个量级的东西,别混着判。
三、CT 的可接受界限怎么定
CT 贵、慢,一次扫描几个小时,一般不用在量产。它的用武之地是:X-Ray 判到临界值(比如 23% 到 27% 这个区间)拿不准的时候,用 CT 复核一次,把体积占比测准。
CT 的判定界限比 X-Ray 严一些。体积占比超过 15% 到 18%,很多通信类和汽车电子的客户就会开始挑。原因不复杂——三维测出来的洞是真实存在的,没有投影放大,客户拿这个数据做可靠性仿真,超了就是超了。
具体分档大致这样:
| 体积空洞率 | 判定 | 处理动作 |
|---|---|---|
| <10% | 可接受 | 正常放行 |
| 10%–18% | 有条件接受 | 看位置和产品等级,记录留档 |
| 18%–25% | 临界 | 与客户确认判定口径,取切片复核 |
| >25% | 判退 | 返修或报废,回溯工艺 |
这张表只是参考分档,真正拍板的是客户图纸或验收文件。有的军工客户要求 5% 以内,有的消费类做到 25% 也照样过。行业没有统一可接受界限,只有你的客户文件里的界限。接到单先确认这一条,比背任何标准都管用。
四、判空洞率时容易踩的三个坑
第一个坑:把焊球里的气孔和助焊剂残留当成空洞。X-Ray 上都是暗斑,但助焊剂残留的边界更模糊,灰度过渡宽。拿不准的,CT 一扫就分清了——气孔是球形空腔,残留是包在焊料里的低密度异物。
第二个坑:只在几个焊球上测空洞率,就代表整批。BGA 有几百个球,X-Ray 抽检通常看四角和中间的九个球。九颗球的空洞率极差能到 15 个百分点以上,只报平均值会把超标的球盖过去。判读时要把超标球的位置标出来,看是不是集中在某个区域——集中在一侧,多半是回流焊温度不均。
第三个坑:拿不同设备的数据横向比。X-Ray 分辩率从 2 μm 到 10 μm 都有,低分辨率设备看不清小洞,报出来的空洞率天然偏低。换设备不校准就直接比数据,越比越乱。
五、回流曲线怎么关联到空洞率
判空洞是结果,控空洞要看回流。空洞的主要来源是助焊剂挥发气体没跑出来,被熔融焊料包住了。相关参数就那么几个:预热升温速率、恒温时间、峰值温度、液相以上时间。
有组实测数据可以参考:恒温段从 90 s 拉到 120 s,同一种锡膏、同一块板,BGA 空洞率从 18% 降到 9% 左右。再往上拉到 150 s,降幅就不明显了,还会拉低产能。所以恒温时间不是越长越好,要找个平衡点。
峰值温度也有影响。峰值温度偏高、液相时间偏短,助焊剂剧烈挥发反而来不及排出,空洞率会反弹。另一头,峰值温度不够,焊料润湿不充分,本身就容易夹气。
说白了,空洞率是回流曲线和焊接材料一起作用的结果,不能只盯一个参数。判空洞判的是终局,控空洞控的是过程。
六、判据速记:几个该记住的界限
X-Ray 二维投影:焊球内部空洞 ≤25% 普遍可接受,界面空洞单颗 >5% 或连成横线判退。
CT 三维体积:≤10% 放行,10%–18% 看产品等级,>25% 判退。
抽样九个球,空洞率极差超 15 个百分点要查回流均温性。灰度未标定前不判退。设备参数没记录不判退。
最后落一句:这些数只是工序判断用的参考,真正判定以客户验收文件为准。接单前把口径问清楚,比事后争论省事得多。