BGA-失效分析报告-NSG-1

1.0mmpitchmPBGA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•48Port交換器之PCBA,雙面制程•6顆1.0mmpitch256pinmPBGA(含銀2%)在U60–U65•2顆1.27mmpitch600pinTBGA(63Sn37Pb)在U35,U36U65U64U63U62U61U60U36U35問題描述•有3片ICTFailedPCBA,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焊盤上怎麼辦?!由於這個問題的嚴重性,導致此產品停止生產!!!失效分析(一)•進行下述檢測:–a)2DX檢測–b)5DX檢測(Agilent5DX-X光分層分析儀)2DX5DX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)–切片結果•大部份氣泡均在錫球與零件之間的焊接面氣泡錫裂BGA元件PCBA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183oC179oC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=0.35mmPCB端之焊盤直徑=0.64mmBGA錫球結構分析NSMDvs.NSMD(最好)-應力平均分散-最大焊接面積SMDvs.SMD(較好)-應力平均分散-焊接面積較小NSMDvs.SMD(原零件)-應力不能平均分散-造成應力集中SolderMaskdefine(SMD)Non-soldermaskdefine(NSMD)NSMDvs.SMD(新零件)-Padsize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&ShearTest)電子光譜掃瞄分析(EDX-EnergyDispersiveX-raySpectroscopy)電子掃瞄顯微鏡分析(SEM-ScanningElectronMicroscope)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(InterMetallicCompound)•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(三)-結果(接上頁)(Solderballaftersheartest–sideview)LargeAg3SnIMCAg3Sn(peeloffalready)(Solderballbeforesheartest–sideview)(Solderballaftersheartest–Topview)(Solderjointaftersheartest–Topview)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U65U64失效分析(四)-結果(接上頁)•PCBALayout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PTH元件綜和因素分析結果不良因素(Factor)分析如下:一.迴焊Profile:Soaking區不夠長有氣泡二.錫膏量:Flux量太多形成氣泡三.零件: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)四.PCB設計:Padsize&Layout究竟那一個Factor影響最大???進行DOE分析DOE分析(一)•利用2Factors;2LevelDOE–Factor1:迴焊Profile–Level1:原有Profile–Level2:新Profile(加長Soaking區)–Factor2:鋼网開孔–Level1:原有鋼网–Level2: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有錫裂進行DOE分析(二)DOE分析(二)•利用4Factors;2LevelDOE–Factor1:迴焊Profile–Level1:原有Profile–Level2:新Profile(加長Soaking區)–Factor2:鋼网開孔–Level1:原有鋼网–Level2:新鋼网(開孔縮少)–Factor3:零件–Level1:原元件–元件基板上焊盤較大–Level2:新元件–元件基板上焊盤較小–Factor4:PCB–Level1:原有PCB–Level2:新PCB(焊盤縮少)DOE分析(二)結果結果:新Profile+新鋼网+混合元件+新PCB達到最好效果1)氣泡明顯減小2)沒有發現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)–優化之迴焊Profile:Soaking區由75秒加長至90秒–新PCB:焊盤由0.64mm縮少至0.40mm–新鋼网:照新PCBPadSize•量產時,定時做2DX及5DX檢測,確保BGA焊接品質變更:時間制程IC供應商PadSize改變1.使用混合元件2.導入優化之Profile3.使用新鋼網原來組合:1.原零件2.原Profile3.原鋼網4.原PCB解決方法:無不良品4.採用縮小PadSize的新PCB板效果確認•產品成功通過客戶MDVT和EDVT測試•自從12/25/02恢復生產問題不再出現我們學到什麼?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的結構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過少量試產,確認品質無問題後,方可導入大量生產總結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核心技術之發展:如DFM,焊接技術,和2DX及3DX等檢測技術迫切需要提升2ndLevelFA能力從A成長到A+此事件在各主管,品管,制工及生產單位共同努力下,歷經了36天後終於獲得客戶認可後恢復生產,並及時達到客戶季末需求!再次呼籲檢測能力和FA分析在SMT制程中的重要性!藉此機會和各技委會同仁分享與共勉!謝謝!