BGA失效分析报告

(Solder ball after shear test – side view)
失效分析 (四)
– 振動和跌落測試 – Dye & Pry 分析
失效分析(四) - 結果
• 錫裂大部份在 U64, U65 靠 Magjack 連接器旁
U65
U64
失效分析(四) - 結果 (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
(Solder ball before shear test – side view) (Solder ball after shear test – Top view) (Solder joint after shear test – Top view)
Large Ag3Sn IMC
Ag3Sn (peel off already)
在 原零件 端 焊盤直徑= 0.45mm
BGA元件 基板
在 新零件 端 焊盤直徑= 0.35mm
PCB端之焊盤 直徑 = 0.64mm
PCB
PCB端之焊盤 直徑= 0.64mm
BGA 錫球結構分析
NSMD vs. NSMD (最好)
- 應力平均分散 - 最大焊接面積
SMD vs. SMD (較好)
0.64mm
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 )
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 + 結果 綜合因素分析 DOE 分析 + 結果 對策 + 實施 + 效果 我們學到什麼 ? 經驗總結 : 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, U36
DOE 分析 (一) 結果
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 DOE
– Factor 1: 迴焊Profile
– Level 1: 原有Profile
– Level 2: 新Profile (加長Soaking區) – Factor 2: 鋼网開孔 – Level 1: 原有鋼网 – Level 2: 新鋼网 (開孔縮少20%)
初步結果 : 爐溫曲線
• 錫膏廠商建議之線性 (Linear) Profile , Soaking 區時間不够, 導致氣泡留在錫球頂部
183oC 179oC 150oC
初步結果 : 銲盤不匹配
• 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
2DX - 影像
大氣泡
5DX -BGA氣泡直徑分佈圖
失效分析(二)
• 在SMT實驗室做切片分析
樣品切割
粗磨
用高倍顯微鏡檢驗
細磨
失效分析(二) – 切片結果
• 大部份氣泡均在錫球與零件之間的焊接面
BGA 元件
錫裂
PCBA
氣泡
初步結果 : 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 區開始氣化,在 Reflow 區時沒有全部 揮發,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
U64 U65 U63 U62 U61 U60
U36
U35
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
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
由於這個問題的嚴重性, 導致此產品停止生產!!!
Magjack連接器
GBIC連接器
較多傳統PTH元件 U65 U64
綜和因素分析結果
不良因素(Factor)分析如下 :
‫أ‬‫ب‬‫ج‬‫د‬-
迴焊 Profile : Soaking 區不夠長有氣泡
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(IMC分佈) PCB 設計: Pad size & Layout
- 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
1:1
0.45mm
Solder Mask define (SMD) Non-solder mask define (NSMD)
NSMD vs. SMD (新零件)
0.35Байду номын сангаасm
- Pad size上下差異大 - 應力集中易造成錫裂
怎麼辦?!
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)
2DX
5DX
失效分析(一) - 結果
• 所有錫球均沒有少錫現象 • 在錫球內發現有大氣泡 – 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
失效分析(三) - 結果
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 – 脆弱,易破裂
正常失 效模式
剪切方向
異常失 效模式
剪切方向
原元件
新元件
失效分析(三) - 結果 (接上頁)
• 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 • 業界認定大量 IMC 容易造成易碎.