降低BGA焊点失效率的QC成果总结--板报版[1]

未经允许，不得扩散内部公开降低售后手机BGA焊接失效的比率深圳康佳通信科技有限公司BGA焊接QC小组未经允许，不得扩散内部公开一、概况随着科学技术的发展和人们消费观念的转变，人们对电器产品的要求不再只是满足某一项特定的需求，更多地对外观、尺寸大小、多功能集成等提出了更高的要求，为了满足这一要求，BGA封装的IC在电器产品中得到了广泛应用，而且其集成度越来越高，体积越做越小，对贴片精度和焊接的可靠性也提出更高的要求；通信产品的BGA一般都是0.5、0.65mm的间距小BGA,售后产品的BGA焊接失效问题一直是困扰各大厂商的重大难题，其可维修性相对较差，维修需要特定的工具，维修周期长，直接关系到公司的品牌声誉和经济效益；降低BGA焊接失效的比率也是我司的迫切需求。未经允许，不得扩散内部公开二、小组简介1、小组情况：小组名称BGA焊接QC小组成立时间2005年2月课题名称降低售后手机BGA焊接失效的比率小组类型攻关型活动时间2005.2~2006.1小组学习情况接受TQC、TL9000和6sigma培训平均约为120课时；小组活动情况共活动17次使用工具头脑风暴法、系统图、点检表、DOE等未经允许，不得扩散内部公开2、小组成员简介序号姓名性别文化职务组内职务1杨春华男本科高级工艺工程师组长2贺大成男本科质管TQM工程师副组长3梁勇男本科SMT主管组员4谢水兴男本科SMT助理厂长组员5运治任男本科开发硬件工程师组员6易耀师男本科开发硬件工程师组员7孙小兰女大专制造二厂质量主管组员8袁永华男大专制造二厂技术主管组员9罗芳男大专品质部工程师组员未经允许，不得扩散内部公开QC活动流程图6、制定对策7、对策实施5、要因确认10、巩固措施8、效果检验11、今后课题NOYes4、原因分析3、目标设定与可行性分析2、现状分析1、选题9、经济效益未经允许，不得扩散内部公开三、选题理由制程能力提升手机正在朝小、薄和多功能的方向发展，PCB板的贴片密度会越来越高，BGA的封装尺寸将进一步缩小，制造难度也越来越高，相应的对制程能力的要求也越来越高；对早期返修机和保内维修机的分析中发现，属于BGA焊接问题引起的故障机约占总体故障机的10%—20%；而且这类故障机难以检测和维修，维修时BGA的报废率相当高，而BGA是手机最贵重的IC之一；成本控制国产手机经历了一个严冬，消费者对国产手机的质量状况普遍信心不足，在99-02年期间被国产手机占领的市场份额正一步步被产品质量问题所葬送，因BGA焊点失效引起的维修周期长、多次维修严重打击了消费者对国产手机的信心；市场压力降低售后手机BGA焊接失效的比率未经允许，不得扩散内部公开四、现状调查1、对2004年9月份至2005年1月份的售后BGA焊接失效情况统计如下表：月份失效率备注04年09月1.25%1、由于行业的特殊性，不宜公布各月份的零售数和售后焊接失效数等敏感数据；2、BGA焊接失效的定义：经过二厂排查完其他原因，确认为BGA问题，但是拆BGA后，测试BGA正常，则定义为BGA焊接失效;3、统计方法：04年10月0.80%04年11月1.11%04年12月0.66%05年01月1.05%平均0.86%未经允许，不得扩散内部公开2、BGA焊接失效比率变化趋势图：0.00%0.40%0.80%1.20%1.60%2.00%04.0904.1004.1104.1205.01未经允许，不得扩散内部公开五、目标设定和可行性分析1、经过全员讨论，我们设定了活动目标：早期返修BGA焊接失效比率下降到0.2%；0.86%0.20%0.00%0.30%0.60%0.90%1.20%1.50%活动前目标未经允许，不得扩散内部公开2、可行性分析：目标是可以实现的公司各级领导重视和支持，小组成员具有强烈的创新意识和开拓精神；拥有一流的SMT贴片设备和检测设备；有多年的手机研发、生产、维修经验。具有一支技术精湛，能打硬仗的技术队伍；工人都经过了严格的培训，具有高品质的调整作业能力；对部分国内一流手机厂商进行调查，发现有厂商能够在1-2款机型上达到早期返修BGA焊接失效比率≤0.2%的目标；未经允许，不得扩散内部公开六、活动计划1、由于这个项目是业内的一大难题，而且由于BGA焊接失效的比率为1%左右，需要验证BGA焊接可靠性的试验基本上都是破坏性的试验，而且不能完全模拟到用户的实际使用状况，因此我们选择了售后质量跟踪的形式来对改善效果进行验证，相应的活动周期设定的较长，为1年时间；未经允许，不得扩散内部公开2、详细活动计划日期项目05.205.305.405.505.6-05.805.905.10-05.1206.1责任人主题选定全员了解现状全员确定目标全员制定活动计划贺大成初步原因分析全员研究对策实施全员阶段效果跟进孙小兰检讨并进一步提出对策并实施全员效果跟进孙小兰反省和以后的发展全员计划实际未经允许，不得扩散内部公开七、原因分析人机料法售后BGA焊接失效比率较高测温仪回流炉印刷锡膏厚度不均结构设计不合理温区不够精度不够锡膏印刷机贴片机贴片精度不够BGA焊盘小PCB刚度不够Ni-Au板焊点容易失效焊盘强度不够锡膏成分不是最佳操作不当培训不足环MSD处理不当SMT车间温湿度控制不到位未经允许，不得扩散内部公开八、要因确定序号原因项目实际情况确认调查人结果01PCB板的刚度不够1、手机装配后只有边缘上有支撑点，而CPU的位置基本上都是在中部，刚度最小，在用户按键时PCBA板受力后变形最大，BGA焊点容易疲劳损坏；通过对50PCS故障板进行阻值测试，对6PCS故障板进行红墨水及切片试验发现失效焊点都集中在形变最大的两个边及两对角上。2、PCB板厚为0.8mm左右，PCB板较软；贺大成是主因02BGA焊盘偏小经测量BGA的Pad为0.25mm，经评估加大到0.316mm应该不会引起短路、连锡等质量问题，IC厂商基本认同这一观点，后续会考虑导入。杨春华以后可以考虑03锡膏成分不是最佳经过对几个知名品牌（Longtai,KOKI,ALPHA等）的锡膏做试验验证发现：焊接质量和这几种锡膏的相关性很小；所有小组成员非主因04PCB一侧的焊点强度不高在做6PCS的红墨水试验中发现：拔起BGA可以看到共有23个在PCB一侧的焊点断裂.（用的是M929进行试验，单个BGA焊点数为260个）；杨春华贺大成是主因05Ni-Au板焊点容易失效对早期返修的Ni-Au板拆卸BGA发现存在“blackpad”现象,导致BGA焊点过早失效；信息产业部第5研究所的切片实验发现BGA焊点的合金层同镍层之间有裂缝，判断为PCB制作采用化镍沉金ENIG制作工艺造成的BGA小焊盘出现“blackpad”隐患。杨春华是主因未经允许，不得扩散内部公开序号原因项目实际情况确认调查人结果06贴片机贴片精度不够我司使用的是松下的贴片机，经过厂家核准相关指标完全符合要求；谢水兴非主因07锡膏印刷厚度不均，部分焊盘的焊锡充满度不够经对印刷锡膏厚度的测试，其CPK为0.8左右，偏低；锡膏厚度不均会造成焊点成型大小不一致，受力不均，部分偏小焊点提前失效，影响焊接质量；贺大成罗芳是主因08回流炉的温区不够回流炉使用的是业界普遍使用的7温区回流炉。谢水兴非主因09测温仪的测温精度不够经过校准，测温仪的测试精度能够达到+/-0.3度，满足要求；梁勇非主因10人员培训不足对操作员工进行了书面和操作的考试，能够达到要求；谢水兴非主因11结构设计不合理按键的力度全部直接作用于PCB板上，没有避免PCB板的中部受力；运治任是主因12MSD处理不当湿敏感元件都已严格按照《湿敏感元件处理指引》执行。杨春华非主因13SMT车间温湿度控制不到位在SMT车间放置了5台抽湿机和单独的中央空调，通过温湿度仪长期监测，温度一直控制在24±2℃，湿度一直控制在40%-60%，完全符合要求；谢水兴非主因未经允许，不得扩散内部公开九、对策研究与实施1、经过认真分析、总结，小组一起制定了如下对策表：序号要因责任人对策措施开始导入时间措施导入完成时间01PCB板的刚度不够易耀师运治任1、增加PCBA板装配后的支撑;2、把PCB的厚度从0.8mm加厚到1mm;05年4月05年5月02Ni-Au板焊点容易失效杨春华梁勇导入OSP板替代Ni-Au板05年4月05年5月03PCB一侧的焊点强度不高杨春华梁勇采用NSMD工艺替代SMD工艺，对BGA封装的IC进行底部填充处理；05年4月05年5月04锡膏印刷厚度不均，部分焊盘的焊锡充满度不够贺大成梁勇谢水兴调整印刷锡膏机的刮刀压力、刮刀速度、脱模速度和拼板支撑；把锡膏应刷作为关键工位，并做SPC控制；05年4月05年5月05结构设计不合理易耀师运治任在结构上避免按键力度直接作用于PCBA板上；05年4月05年5月未经允许，不得扩散内部公开2、各要因的对策实施情况：a、PCB板的刚度不够对策实施①在手机后壳上设计塑胶凸棱，在BGA的四周形成支撑边，如下图所示：后壳对PCBA形成牢固的支撑，增强PCBA的刚度；②把PCB板的厚度从0.8mm加厚到1mm;实施效果①原来BGA的四边分别到最近支撑点的平均距离为：45mm；改善后，BGA四边离最近支撑边的平均距离分别为：11mm；大大改善了BGA焊盘处的PCB刚度；②PCB板厚度加厚到1mm改善了PCB板本身的刚度；53mm8mm未经允许，不得扩散内部公开b、Ni-Au板焊点容易失效对策实施用OSP板替代Ni-Au板；实施效果通过对OSP板的周转板维修发现:OSP板没有Ni-Au板存在的‘blackpad’缺陷；但是OSP板对生产安排提出了更高的要求：从拆包装到SMT贴片焊接完成的间隔要小于8个小时，经过工艺调整能够达到要求。c、PCB一侧的焊点强度不高对策实施1：把SMD工艺的焊盘改为NSMD工艺的焊盘，如下图所示：改为实施效果1：根据IPC-7095,采用NSMD工艺使焊锡围绕在焊盘边缘可以明显改善焊点的可靠性。（没有另外安排试验进行验证）未经允许，不得扩散内部公开对策实施2对BGA导入Underfill（底部填胶）工艺；实施效果2避免了PCBA板受力变形时BGA的局部形变过大，也对焊点进行了有效的保护；下面是对策实施前后的试验结果：实验类型试验方法试验日期实验机状态和数量实验结果按键试验按键的力度为600gw,按键的次数为100000次，频率为60次/min；2005-5-12BGA未填胶10台4万次时已经有4台出现重启、死机等故障；其余6台试验正常；2005-5-13BGA填胶10台按键试验合格未经允许，不得扩散内部公开d、印刷锡高的厚薄不均，部分焊盘的焊锡充满度不够；对策实施通过DOE试验发现刮刀速度和对PCB板的支撑是关键原因，经过反复试验刮刀速度为：20mm/s左右为最佳（不同的板子需要微调）；对于支撑问题：采用夹具进行支撑，把点支撑变为面支撑，限制PCB板在印刷锡膏时的形变；每两小时抽2块拼板进行测试，记录其测试值并计算Cpk。Cpk1.3的工程师必须检查原因并进行调整参数；实施效果锡膏厚度Cpk值基本上都能够达到1.33以上，满足小组设定的要求，下面是4-5月份的印刷锡膏厚度CPK走势图：2005年4-5月份锡膏厚度CPK对比图00.511.5207日08日09日10日11日12日13日14日15日16日17日18日19日20日21日22日23日24日25日26日27日28日29日30日4月CPK值：5月CPK值：未经允许，不得扩散内部公开e、结构设计不合理对策实施为了避免按键力直接作用到PCBA板上，在设计上进行了大胆的创新，把原本设计在PCB板上的按键焊盘移到了增加的柔性电路板上，柔性电路板和PCBA间加上了支撑钢片，把按键力度分布到PCBA板的边缘；如下图：实施效果在模拟按键试验中可以很明显的看到PCBA板的按键形变大大降低；（但是由于增加支撑钢片会增加产品的厚度，这一措施只能在厚度允许的机型上增加，目前已经在几款产品上成功采用了这一措施。）PCB板按键弹片支撑钢片按键弹片+柔性按键板改善前改善