BGA失效分析報告課件

1、1.0 mm pitch mPBGA 失效分析報告大綱 問題背景 問題描述 失效分析 + 結(jié)果 綜合因素分析 DOE 分析 + 結(jié)果 對策 + 實施 + 效果 我們學到什麼 ? 經(jīng)驗總結(jié) : 推廣問題背景48 Port 交換器之PCBA, 雙面制程6 顆1.0 mm pitch 256 pin mPBGA (含銀 2%) 在 U60 U65 2 顆1.27mm pitch 600 pin TBGA (63Sn37Pb) 在 U35, U36U65U64U63U62U61U60U36U35問題描述有 3 片ICT Failed PCBA, U65 的 BGA 脫落 斷裂位置在錫球與零件基板連接面

2、U65問題描述 (接上頁)斷裂後BGA上所有錫球仍很牢固的留在 PCB 焊盤上怎麼辦?!由於這個問題的嚴重性,導致此產(chǎn)品停止生產(chǎn)!失效分析 (一)進行下述檢測 :a) 2DX 檢測b) 5DX 檢測 (Agilent 5DX -X光分層分析儀)2DX5DX失效分析(一) - 結(jié)果所有錫球均沒有少錫現(xiàn)象在錫球內(nèi)發(fā)現(xiàn)有大氣泡 以 2DX 之影象來計算,符合 IPC-A-610C 標準需進一步確認氣泡位置 5DX -BGA氣泡直徑分佈圖2DX - 影像大氣泡失效分析(二)在SMT實驗室做切片分析樣品切割粗磨細磨用高倍顯微鏡檢驗失效分析(二) 切片結(jié)果大部份氣泡均在錫球與零件之間的焊接面氣泡錫裂BGA

3、元件PCBA初步結(jié)果 : 氣泡形成氣泡都集中在錫球與零件之間 Why?此零件錫球為含銀 2% 62Sn36Pb2Ag含銀 2% 錫球之熔點為179oC, 但 63Sn37Pb 錫膏之熔點為 183oC助焊劑在 Soaking 區(qū)開始氣化,在 Reflow 區(qū)時沒有全部揮發(fā),形成氣泡因錫球之迴焊時間較錫膏長, 所以氣泡有較長時間從PCB 端移到 BGA 零件端在63Sn37Pb錫球與錫膏,氣泡一般在錫球中心而非上端183oC179oC初步結(jié)果 : 爐溫曲線 錫膏廠商建議之線性 (Linear) Profile , Soaking 區(qū)時間不夠, 導致氣泡留在錫球頂部150oC初步結(jié)果 : 銲盤不匹

4、配 BGA 基板與 PCB 上之焊盤不匹配 新零件上此差異更大供應商承認新零件和原零件由不同 IC 封裝廠制造PCBBGA元件基板PCB端之焊盤直徑 = 0.64mm在 原零件 端焊盤直徑= 0.45mm 在 新零件 端焊盤直徑= 0.35mm PCB端之焊盤直徑= 0.64mmBGA 錫球結(jié)構(gòu)分析NSMD vs. NSMD (最好)- 應力平均分散- 最大焊接面積SMD vs. SMD (較好) 應力平均分散 焊接面積較小NSMD vs. SMD (原零件)- 應力不能平均分散- 造成應力集中Solder Mask define (SMD)Non-solder mask define (NS

5、MD)NSMD vs. SMD (新零件) Pad size上下差異大 應力集中易造成錫裂0.64mm0.35mm1:10.45mm失效分析 (三)與香港科技大學合作對樣品 (不良及良品) 做以下測試 : 拉力及剪力測試 ( Pull & Shear Test ) 電子光譜掃瞄分析 ( EDX - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy ) 電子掃瞄顯微鏡分析 ( SEM - Scanning Electron Microscope ) 失效分析(三) - 結(jié)果 BGA 錫球在破壞性橫推斷裂后的切片圖原零件顯示正常失效方式 延展性破裂新零件顯示異常失效模式 脆

6、弱,易破裂原元件正常失效模式新元件剪切方向異常失效模式剪切方向新零件的錫球上含有不正常之錫銀合金 - IMC (Inter Metallic Compound)但在原零件並無此 IMC業(yè)界認定大量 IMC 容易造成易碎.失效分析(三) - 結(jié)果 (接上頁)(Solder ball after shear test side view)Large Ag3Sn IMCAg3Sn(peel off already)(Solder ball before shear test side view)(Solder ball after shear test Top view)(Solder joint

7、after shear test Top view)失效分析 (四)振動和跌落測試Dye & Pry 分析失效分析(四) - 結(jié)果錫裂大部份在 U64, U65 靠 Magjack 連接器旁U65U64失效分析(四) - 結(jié)果 (接上頁)PCBA Layout 零件分佈不平均,對部份零件造成較大應力以左上角之應力為最大U65U64Magjack連接器GBIC連接器較多傳統(tǒng)PTH元件綜和因素分析結(jié)果不良因素(Factor)分析如下 :迴焊 Profile : Soaking 區(qū)不夠長有氣泡錫膏量 : Flux 量太多形成氣泡零件 : 新零件與原零件不同 焊盤設計(大小與防焊油位置)及錫球成份(I

8、MC分佈)PCB 設計: Pad size & Layout 究竟那一個Factor影響最大? 進行 DOE 分析DOE 分析 (一) 利用 2 Factors ; 2 Level DOEFactor 1: 迴焊Profile Level 1: 原有Profile Level 2: 新Profile (加長Soaking區(qū))Factor 2: 鋼網(wǎng)開孔 Level 1: 原有鋼網(wǎng) Level 2: 新鋼網(wǎng) (開孔縮少20%)DOE 分析 (一) 結(jié)果結(jié)果: 新 Profile + 新鋼網(wǎng)有較好效果 1) 氣泡明顯減小 2) 仍發(fā)現(xiàn)在 U64, 65 有錫裂進行 DOE 分析 (二)DOE 分析

9、 (二)利用 4 Factors; 2 Level DOEFactor 1: 迴焊ProfileLevel 1: 原有ProfileLevel 2: 新Profile ( 加長 Soaking 區(qū) )Factor 2: 鋼網(wǎng)開孔Level 1: 原有鋼網(wǎng)Level 2: 新鋼網(wǎng) ( 開孔縮少 )Factor 3: 零件Level 1: 原元件 元件基板上焊盤較大Level 2: 新元件 元件基板上焊盤較小Factor 4: PCBLevel 1: 原有 PCBLevel 2: 新PCB ( 焊盤縮少 )DOE 分析 (二) 結(jié)果結(jié)果: 新Profile + 新鋼網(wǎng) + 混合元件 + 新 PCB

10、 達到最好效果 1) 氣泡明顯減小 2) 沒有發(fā)現(xiàn)錫裂得到最佳組合對策與實施使用 DOE2 得出最佳組合混合零件 : U64,U65 - 原零件, U60 - U63 - 新零件(因供應問題, 無法全部用原零件)優(yōu)化之迴焊 Profile : Soaking 區(qū)由75 秒加長至 90秒新 PCB : 焊盤由 0.64 mm 縮少至 0.40 mm新鋼網(wǎng) : 照新 PCB Pad Size量產(chǎn)時,定時做 2DX 及 5DX 檢測,確保 BGA 焊接品質(zhì)變更:時間制程IC供應商 Pad Size 改變1. 使用混合元件2. 導入優(yōu)化之 Profile3.使用新鋼網(wǎng)原來組合:1. 原零件2. 原 P

11、rofile3. 原鋼網(wǎng)4. 原 PCB解決方法:無不良品4.採用縮小Pad Size 的新 PCB 板效果確認產(chǎn)品成功通過客戶 MDVT 和 EDVT 測試自從 12/25/02 恢復生產(chǎn)問題不再出現(xiàn)我們學到什麼 ?不適用線性 (Linear) Profile 在含銀 2%之BGA上, 需加長 Soaking 時間以減少焊點內(nèi)的氣泡應用 DFM 在 NPI 階段對零件與 PCB 之匹配作分析及確認 , 尤其針對BGA的結(jié)構(gòu)及錫球成份加強供應商管控 : 任何制程及物料上之變更需予以告知對新零件需先經(jīng)過少量試產(chǎn),確認品質(zhì)無問題後,方可導入大量生產(chǎn)總結(jié)問題的根本原因是由於PCB 板銲墊設計匹配和元件變更所造成采用先進的FA失效分析得到客戶的肯定加強 SMT 核心技術之發(fā)展:如DFM,