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《Youtube》PCBA完成SMT後電測正常，整機組裝後發現主板死機
今天我們要討論的主題，是一位苦主在SMT的論壇上面貼出的求助的帖子，苦主說他們家的產品，在PCBA階段正常測試的時候還是好的，可一到了整機組裝成品測試時，卻發現主板有問題，開不了機，印象中工作熊之前好像也有分析過類似的帖子。
對這一類主題有興趣的朋友，可以在看完這次的說明後，再來回顧一下工作熊以前的節目。《Youtube》BGA虛焊失效模式可以用X-ray分析檢查出來嗎？
這次的這位苦主甚至連X-ray的照片都沒有提供，就希望有人可以幫他指點迷津，他大概是覺得網路上都是大神，每個人也都是他肚裡的蛔蟲，只需要用文字描述，就可以讓別人幫他隔空抓藥。
背景說明：
總之，先在做個背景說明。
這位苦主說，他們家的PCBA板子在SMT組裝後電性測試正常，可是到了組裝整機測試時，卻發現有幾台機子有問題，開不了機，PE拆下PCBA測試，發現時好時壞，只要按住主控(應該是CPU)，再上電就百分百是好了，懷疑是BGA焊接不良，導致需要整批返工，返查SMT的生產錫膏及爐溫都有紀錄且正常，所以，冷焊問題可以排除，大家以前有遇到過類似的問題嗎？
看完苦主的描述後，工作熊怎麼覺得這位苦主的思維有點給它很武斷啊，怎麼會覺得”SMT生產時，錫膏及爐溫都有紀錄”，就可以排除”冷焊”問題呢？這種原本不開機，按住BGA後就可以開機，有點經驗的都知道，這不就是典型的BGA虛焊問題嘛。或許苦主認為錫膏及爐溫都沒有問題，就一定不會出現”冷焊”。可是~苦主可能沒有想過，如果BGA錫球或是PCB焊墊氧化了，還是會有機造成冷焊的。
總之，我們就來看一下論壇上其他網友們的回覆，工作熊也會針對網友們的看法做一些補充說明。不過，這些畢竟只是別人的經驗，而且沒有親自參與，容易出現以偏概全的問題，一但你自己碰到類似問題時，記得要求證，別一味地相信網路說的。
第一位網友
由於苦主什麼都沒有提供，於是第一位網友建議苦主應該要先去看看X-Ray吧。
苦主則回覆說：X-Ray看過了，但是沒發現有什麼毛病，還找了幾家有3D X-ray的廠家給檢查過，也沒看出什麼問題，現在就差做切片了。
網友則建議說3D X-ray要打角度才能看出虛焊，先把虛焊的位置找出來，再來切片才會比較準。
✏️這裡工作熊要提供一下個人的經驗，一般如果是HIP或HoP(枕頭效應)的虛焊，3D X-ray應該是可以很輕易的辨識出來，不需要特意轉角度，因為掃出來的就是3D圖檔，可以用看圖軟體在電腦上轉角度就可以觀察。如果是一般2D或2.5D的X-ray，就要轉多個傾斜角度來查看錫球的中間是否有腰身或頸部出現。
有興趣的朋友建議可以看一下工作熊之前寫過的這幾篇文章：
第2、3位網友
另外有兩位網友則直接指出”按住測試沒問題，基本上就是虛焊、假焊”了，也有可能是晶片問題，可以通過X-Ray、紅墨水染色來驗證，如果是晶片問題，則不好搞。
✏️工作熊個人的經驗，如果是晶片問題，應該不太會出現按住晶片就可以開機的情況，一般來說就是死機，開不起來。這裡工作熊想問問大家，是否有碰到過是晶片問題，但按住晶片後就可以開機的？歡迎與工作熊分享你的經驗。
第4位網友
還有一位網友則指出，這可能是HIP(枕頭效應)，這種情形一般是虛焊，通常與回焊爐溫有關，看看有沒有開氮氣。
苦主回覆說他們家的SMT沒有用氮氣爐，錫膏用的是Alpha的CVP390，詢問他人是否有合適的爐溫製程參數，還要精準一點的才好參考。
✏️工作熊個人覺得苦主可能是想太多了，就算人家可以提供精準的錫膏溫度profile，不同PCBA間的溫度profile，都還是需要視實際生產的狀況來作微調的，尤其是板子上有溫度比較敏感的零件時，比如大尺寸的BGA，所以溫度profile只能參考，不能照單全收，還得看自己的測溫板到底有沒有量測到該量測的點。只能說BGA的焊接有時候真的很難搞。如果有人對測溫板的議題有興趣，建議可以參考工作熊以前寫過的這兩篇文章：
另外，開氮氣對某些板子確實有助BGA的焊接品質提升，尤其是OSP表面處理的板子，而且BGA又剛好在第二面過爐時。因為氮氣可以有效降低回焊時錫膏與焊墊的氧化速度，促進焊錫潤濕的能力，但還是建議要盡量縮短第一面回焊後進入第二面回焊的時間，因為OSP膜在第一次進入回焊高溫後，就會受到一定程度的破壞，擺放時間越久，焊墊氧化的機率就越高，BGA發生冷焊或虛焊的機率也就越高。
工作熊之前有整理兩篇SMT使用氮氣的文章，有興趣的朋友可以參考：
第5位網友
還有一位網友提到，這是單面貼片？還是雙面貼片啊？如果是雙面貼片的話，會比較容易有板子變形的風險。板子如果變形了，空焊或虛焊的比率就會增加。
苦主回覆說他們家的板子都是雙面貼片，但是第一面會用網帶(mesh belt conveyor)來過爐，就是怕板子會有變形。
✏️工作熊個人覺得，第一面回焊使網帶確實有機會可以降低板子過回焊時變形的風險，但使用網帶並沒有辦法百分百保證板子過爐就不會變形。因為回焊網帶只能避免那些因為板子本身重量或是零件太重所造成的板子下彎變形，如果是因為PCB上的銅箔分布不均或是結構不良，導致溫差過大而造成的熱應力變形，就沒有辦法避免了。
建議可以參考工作熊寫過的這篇文章：PCB板彎板翹發生的原因與防止的方法
第6位網友
下一位網友則提到，PCB厚度也會影響變形，厚度是1.0mm還是1.6mm呢？另外，可以拿一片不良板先試看看，在其不良BGA的周邊先塗抹一點助焊劑後，再進行一次回焊，然後再去電測看一下。如果可以修復，這個不良類似就是虛焊、假焊了，X-Ray不容易照出來。我這邊以前也有碰過類似你的這個情況，可以試一下有沒有效果。
✏️ 工作熊覺得，這論壇上大神很多啊，也大多不藏私，願意提供自己的寶貴經驗與意見。PCB的厚度確實也是影響回焊後板子是否容易變形的關鍵因素之一，整體來說，越薄的板子就容易變形。工作熊以前的經驗是1.2mm以下的雙面焊PCB，就會建議採用回焊載具來防止變形。另外，如果拼板上設計有V-cut，也會比較容易引起變形。再來，就是板材的Tg值了，也就是玻璃轉化溫度，一般無鉛的PCB大多只使用Tg150的板材，也就是說只要溫度一超過150˚C就會開始變軟，而且溫度越高就越軟。
如果你還不知道什麼是玻璃轉化溫度，建議可以參考工作熊部落格的文章：何謂玻璃轉化溫度(Tg, Glass Transition Temperature)
至於，在BGA周圍塗抹助焊劑後再回焊加熱一次，確實可以提高BGA虛焊問題的修復率。只是建議要選用免洗的助焊劑，焊接後還要用溶劑來清洗BGA底部，特別是fine-pitch的BGA，否則信賴性會大打折扣。如果可能的話，BGA重工過的PCBA最好要做24小時burn/in，並列入SFDC (Shop Floor Data Collection) 系統的品質追蹤。原因當然是我們無法百分百確認這樣的BGA重工有效，如果是直接失效還好，就怕間歇性的不良，送到客戶手上才出問題的那種後果最嚴重。
第7位網友
- PCB的焊墊在過孔上，PCB品質問題導致焊墊與PCB剝離造成虛焊。
- 爐溫太高或回流時間太長，會導致BGA焊墊脫落。看看BGA的規格書上推薦的爐溫，有沒有超標。
- 可以通過切片和紅墨水實驗來檢測出虛焊的位置。
✏️工作熊覺得這位網友說得有理，但是說這【焊墊在過孔上】，似乎有點怪怪的，一般我們都會說是PCB的焊墊上有過孔吧！也就是via-in-pad。下面是工作熊對BGA有via-in-pad的一些補充說明：1. BGA的焊墊上如果有過孔，原則上一定會做塞孔，否則焊接時錫膏就會流進過孔中造成少錫空焊問題。2. 過孔上的填孔如果不恰當，使得dimple過深，錫膏印刷在上面就會藏有空氣，回焊時也就容易形成大氣泡，會有品質疑慮。3. 焊墊上的過孔如果直接連接著大面積銅箔，又沒有做thermal-relief，該焊墊在回焊的升溫會比較慢，profile如果又調得不好，就容易出現冷焊問題。至於，爐溫太高或回流時間太長，則表示PCB或零件可能會吸收過多的熱量，會導致PCB的層與層之間的膠合提早劣化，會有焊墊剝離或分層(delamination)的風險，這類問題尤其容易出現在手動維修BGA的時候。
綜合整理BGA虛焊問題處理建議
- 要先找出虛焊發生的原因：可以用X-Ray、紅墨水、切片來確認是HIP或NWO，還是純粹少錫、或是錫膏印刷偏移。這樣才可以對症下藥。
- BGA回焊必須要有正確的溫度profile，建議要準確量測重點BGA焊點的溫度，正常來說測溫板的BGA要先拔除，然後在PCB原來的BGA焊墊上鑽孔，接著從PCB的背面將thermal couple穿過已鑽好小孔，再將BGA焊接回PCB。這樣才能量測到BGA的正確profile。
- 要確保錫膏印刷量足夠。在不會造成短路的情況下，增加錫膏量會有助降低HIP及NWO不良的發生。
- 要盡量避免PCB變形，尤其是針對BGA在第二面焊接的板子。PCB一旦變形，錫膏印刷量就會跟著變化，在板階電性測試及整機組裝時還可能因為板彎引起的應力，而使得BGA發生錫裂。
最後~這是工作熊的有感而發：師父領進門，修行看個人，眾人提供意見後，剩下的就看苦主自己努力了，其實提供建議的網友們應該也不求什麼回報，但苦主居然從此下潛，無聲無息~也沒說後來問題如何解決~傷心啊！
溫馨提醒
YouTube影片：板子SMT後電測正常，整機組裝後發現主板死機
Podcast：EP022-板子SMT後電測正常，整機組裝後發現主板死機
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字面上意思看起來，SMT電測正常，組裝死機，有很多綜合因素，猜想是組裝造成原因較大，組裝造成錫劣，組裝ESD 損壞，組裝損件，大致猜想是這樣。