1.0 mm pitch mPBGA 失效分析报告，一步步助你成为SMT工艺大咖！

                                                                                                   





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一、改善背景
48 Port 交换器之PCBA,双面制程6 颗1.0 mm pitch 256 pinmPBGA (含银2%) 在U60 – U652颗1.27mm pitch 600 pin TBGA (63Sn37Pb)在U35, U36

二、问题描述有3片ICTFailed PCBA, U65的BGA脱落断裂位置在锡球与零件基板连接面

断裂后BGA上所有锡球仍很牢固的留在PCB焊盘上


三、失效分析(一)进行下述检测:–a) 2DX检测–b) 5DX检测(Agilent 5DX -X光分层分析仪)

结果:所有锡球均没有少锡现象在锡球内发现有大气泡–以2DX之影象来计算,符合IPC-A-610C标准需进一步确认气泡位置


三、失效分析(二)

结果:大部份气泡均在锡球与零件之间的焊接面


三、初步结果:气泡形成气泡都集中在锡球与零件之间– Why?–此零件锡球为含银2% – 62Sn36Pb2Ag–含银2%锡球之熔点为179oC,但63Sn37Pb锡膏之熔点为183oC–助焊剂在Soaking区开始气化,在Reflow区时没有全部挥发,形成气泡–因锡球之回焊时间较锡膏長,所以气泡有较长时间從PCB端移到BGA零件端–在63Sn37Pb锡球与锡膏,气泡一般在锡球中心而非上端三、初步结果:炉温曲线

三、初步结果:焊盘不匹配 BGA基板与PCB上之焊盘不匹配新零件上此差异更大供货商承认新零件和原零件由不同IC封装厂制造

BGA锡球结构分析

三、失效分析(三)(不良及良品)做以下测试:拉力及剪力测试( Pull & Shear Test ) 电子光谱扫瞄分析(EDX - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy )电子扫瞄显微镜分析( SEM - Scanning Electron Microscope )结果: BGA锡球在破坏性横推断裂后的切片图–原零件显示正常失效方式–延展性破裂–新零件显示异常失效模式–脆弱,易破裂

新零件的锡球上含有不正常之锡银合金- IMC (Inter Metallic Compound)但在原零件并无此IMC业界认定大量IMC容易造成易碎

三、失效分析(四)–振动和跌落测试–Dye & Pry分析

结果:
锡裂大部份在U64,U65靠Magjack连接器旁

PCBA Layout零件分布不平均,对部份零件造成较大应力以左上角之应力为最大

四、综和因素分析结果不良因素(Factor)分析如下:回焊Profile : Soaking区不够长有气泡锡膏量: Flux量太多形成气泡零件:新零件与原零件不同–焊盘设计(大小与防焊油位置)及锡球成份(IMC分布)PCB设計ad size & Layout
究竟那一个Factor影响最大???进行DOE分析五、DOE分析(一) 利用2 Factors ; 2 Level DOE–Factor 1:回焊Profile             – Level 1:原有Profile             – Level 2:新Profile(加长Soaking区)–Factor 2:钢网开孔             –Level 1:原有钢网              –Level 2:新钢网(开孔缩少20%)结果:新Profile+新钢网有较好效果1)气泡明显减小2)仍发现在U64, 65有锡裂
五、DOE分析(二) 利用4 Factors; 2 Level DOE–Factor 1:回焊Profile             –Level 1:原有Profile             –Level 2:新Profile(加长Soaking区)–Factor 2:钢网开孔             –Level 1:原有钢网             –Level 2:新钢网(开孔缩少)–Factor 3:零件             –Level 1:原组件–组件基板上焊盘较大             –Level 2:新组件–组件基板上焊盘较小–Factor 4: PCB             –Level 1:原有PCB             –Level 2:新PCB(焊盘缩少)结果:新Profile+新钢网+混合组件+新PCB达到最好效果  1)气泡明显减小  2)没有发现锡裂
六、对策与实施使用DOE2得出最佳组合–混合零件:U64,U65 -原零件, U60 - U63 -新零件(因供应问題,无法全部用原零件)–优化之回焊Profile: Soaking区由75秒加长至90秒–新PCB:焊盘由0.64 mm缩少至0.40mm–新钢网:照新PCBPad Size量产时,定时做2DX及5DX检测,确保BGA焊接品质


七、效果确认

八、总结
1.问题的根本原因是由於PCB板焊垫设计匹配和组件变更所造成2.采用先进的FA失效分析得到客户的肯定3.加强SMT核心技术之发展:如DFM,焊接技術,和2DX及3DX等检测技术4.迫切需要提升2ndLevel FA能力
我们学到什么?1.不适用线性(Linear) Profile在含银2%之BGA上,需加长Soaking时间以减少焊点内的气泡2.应用DFM在NPI阶段对零件与PCB之匹配作分析及确认,尤其针对BGA的结构及锡球成份3.加强供货商管控:任何制程及物料上之变更需予以告知4.对新零件需先经过少量试产,确认质量无问题后,方可导入大量生产



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