BGA焊接失效分析报告

PCBA 分析报告

一样品描述

所送样品包括三片PCBA（手机主板）、四片相应的空白PCB以及工艺过程中使用的CPU器件和焊锡膏，PCBA（手机主板）的型号为C389,样品的外观照片见图1所示，委托单位要求对 PCBA 上的 CPU 与 Flash 器件焊接质量进行分析。

焊锡膏

空白

PCB

CPU

Flash

CPU 器件

图1样品的外观照片

二分析过程

2.1 外观检查

用立体显微镜对空白PCB和BGA器件进行外观检测，发现BGA器件的焊球大小均匀一致，共面性良好（见图2和图3）；空白PCB焊盘表面存在一些坑洼点（见图4和图5），除此之外未观察到明显的异常。

图 2 CPU器件中BGA焊球的外观照片图 3 CPU器件中BGA焊球的局部外观照片

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坑洼点

图 4 PCB板中CPU焊盘的外观照片图 5 PCB板中Flash的外观照片

2.2 X-RAY 检测

为了对焊点的内部状况进行检测，采用X射线系统对焊点质量进行无损检测，（X-Ray的照片见图6至图9），由照片可观察得出BGA焊点大小均匀一致，除发现焊点内部存在少量空洞外，未发现焊球错位，焊料熔融不完全以及桥连等明显焊接缺陷。

图 6 CPU焊点的X－ray典型照片图7 Flash焊点的X－ray典型照片

图8倾斜后观察到的CPU焊点的X－ray照片图9倾斜后观察到的Flash焊点的X-ray照片

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空洞

空洞

图10部分CPU焊点的放大照片图11部分Flash焊点的放大照片2.3 金相切片分析

在样品上截取失效的BGA器件，用环氧树脂镶嵌后打磨抛光，用金相显微镜观察BGA器件焊点的金相切片，焊点的金相照片见图12～图25。其中CPU焊点的典型金相照片见图12～图19，由图可以发现部分焊球焊料与PCB焊盘之间润湿不良，未观察到良好的金属间化合物层，个别焊点甚至发现存在开裂现象；同时还观察到焊球焊料熔融不完全，存在空洞等缺陷。

图12 CPU器件部分焊点的金相照片图13 CPU器件正常焊点的典型金相照片

PCB 焊盘

润湿不良

图14焊料与焊盘润湿不良的典型照片图15焊点局部放大照片（见图14红框）

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图16出现空洞焊点的典型照片图17焊球焊料质量不良的典型照片

裂缝

图18焊球与PCB焊盘出现裂缝的典型照片1图19焊点局部放大照片（见图18红框）

A

B

图20 焊球与 PCB 焊盘出现裂缝的典型照片 2 图 21 焊点局部放大照片（见图 20 红框）

图22～图27 是Flash 焊点的典型金相照片，由图同样可以发现部分焊球焊料与PCB焊盘之间润湿性不够良好，焊料与焊盘之间未形成良好的金属间化合物层。

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图22 Flash焊点的典型金相照片图23正常焊点的典型金相照片

润湿不良

图24出现空洞焊点的典型照片图25焊球焊料与焊盘润湿性不良的典型照片

焊球焊料出现开裂

图26焊料熔融不完全的典型照片图27焊点局部放大照片（见图24红框）由以上BGA焊点的金相照片分析发现，部分BGA焊球焊料与PCB焊盘润湿性不良，存在裂缝以及焊料熔融不良等现象，这说明焊球焊料与焊盘之间未形成良好的金属间化合物层。而导致焊球焊料与PCB焊盘润湿不良的原因可能存在如下几方面：

（1）PCB焊盘氧化严重或沾污外来污染物导致焊盘的可焊性不

良。（2）使用的焊锡膏润湿性不良。

（3）BGA焊锡球可焊性不良。为了分析BGA焊球的质量对，未使用的CPU焊球和从所送手机主板上脱落的CPU

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焊球进行金相切片分析，发现无论是未使用的CPU焊球还是脱落的CPU焊球焊料熔融均不够良好，焊球内部发现存在裂缝等缺陷，这说明BGA焊球质量不够良好。

图26脱落焊球的典型照片1图27脱落焊球的典型照片2

图28脱落焊球的局部放大照片图29脱落焊球内部出现裂缝的典型照片

图28未使用的CPU焊球的典型照片1图29未使用的CPU焊球的典型照片2

图30未使用的CPU焊球的典型照片1图31未使用的CPU焊球的典型照片2 2.4 焊锡膏润湿性分析

按照IPC-TM-650.2.4.45的要求对工艺过程中使用的焊锡膏的润湿性进行测试，

发现所使用的焊锡膏的润湿性良好（焊锡膏的可焊性试验照片见图26和图27）。

图26焊锡膏润湿性试验的典型照片1图27焊锡膏润湿性试验的典型照片2 2.5 空白 PCB 板焊盘的可焊性试验

按照IPC-STD-003（Solderability Tests for Printed Boards）要求，对委托单位所送的空白PCB的可焊性进行测试，试验温度为235,试验时间为3S,所使用的助焊剂为中性助焊剂（焊锡膏的可焊性试验照片见图28和图29），发现空白PCB的部分焊盘的可焊性较差（见图中红色箭头所指的黄色焊盘），焊料对焊盘的润湿不良或弱润湿，这说明BGA金相切片中发现的焊球与焊盘润湿不良与PCB 部分焊盘的可焊性不良有关。而引起焊盘可焊性不良的原因可能是焊盘氧化

严重或表面沾污有机物。

图28 PCB焊盘可焊性试验的典型照片1图29 PCB焊盘可焊性试验的典型照片2 2.6 SEM 和 EDAX 分析

首先对图21所示的开裂焊点进行EDAX分析，发现标识A处焊盘处的主要的元素成分为镍(Ni)和磷(P)以及少量的锡（Sn）（见图30），由于锡含量较少，这说明开裂是位于PCB焊盘上的镍镀层与焊料之间，同时也说明PCB焊盘上的镍镀层与焊料之间未形成良好的金属间化合物层。

图30 裂缝 A 处 PCB 焊盘的能谱图

图31 是图 21 标识 B 处焊料的能谱图，由图可发现主要含有锡（Sn）,磷（P），镍(Ni),碳（C）等元素，由谱图中检测到镍含量较多，这也能进一步说

明PCB 焊盘上的镍镀层与焊料之间未形成良好的金属间化合物层。