BGA失效分析报告.ppt

1.0 mm pitch mPBGA 失效分析報告 NSG / NSD - 制工部 報告: 李國榮 資料整理: 曾國強 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 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 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 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) 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(二) 在SMT實驗室做切片分析 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 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 初步結果 : 爐溫曲線 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 BGA 錫球結構分析 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 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. 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 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 綜和因素分析結果 不良因素(Factor)分析如下 : 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 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%) DOE 分析 (一) 結果 結果: 新 Profile + 新鋼网有較好效果 1) 氣泡明顯減小 2) 仍發現在 U64, 65 有錫裂 DOE 分析 (二) 利用 4 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 ) Factor 3: 零件 Level 1: 原