優(yōu)爾鴻信檢測(cè) 主板BGA開(kāi)裂 失效分析

    背景:
    客戶(hù)生產(chǎn)的主板上的BGA在*二次過(guò)爐后出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象,斷裂發(fā)生在組件側(cè)。故委托實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析,以便找到失效原因。 
    分析結(jié)果: 
    1.熒光劑浸泡+冷拔+斷口分析結(jié)果,排除“金脆”引發(fā)BGA開(kāi)裂的可能性。 
    2.動(dòng)態(tài)翹曲度測(cè)試結(jié)果表明,PCB四連板在加熱過(guò)程中變形明顯,呈現(xiàn)中間下凹、左右兩邊上凸的形態(tài)。且其在冷卻完成后翹曲較嚴(yán)重。
    3.開(kāi)裂焊點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,開(kāi)裂多發(fā)生在未植球的空白區(qū)域附近,且部分區(qū)域的焊點(diǎn)開(kāi)裂*嚴(yán)重,與翹曲有一定的關(guān)聯(lián)性。綜合各測(cè)試結(jié)果,推測(cè)離PCB中間區(qū)域越近的BGA錫球,越*產(chǎn)生開(kāi)裂。 
    4.原物料切片后發(fā)現(xiàn)部錫球存在原始微裂紋。推測(cè)有原始微裂紋的錫球在焊接過(guò)程中,PCB板翹曲變形,使得裂紋擴(kuò)張,造成錫球開(kāi)裂。 
    失效癥狀:
    BGA開(kāi)裂 
    根本原因: 
    BGA原物料具有原始微裂紋,PCB在焊接過(guò)程翹曲變形,使裂紋擴(kuò)張,造成開(kāi)裂。 
    改善建議:
    1.管控BGA在焊接過(guò)程中的翹曲。

    2.嚴(yán)格管控BGA的來(lái)料品質(zhì)。 


    客戶(hù)生產(chǎn)的主板上的BGA在*二次過(guò)爐后出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象,斷裂發(fā)生在組件側(cè)。

    PCB表面處理為化鎳浸金。


    對(duì)不良BGA進(jìn)行切片,在*4排錫球(Row4)發(fā)現(xiàn)有開(kāi)裂,開(kāi)裂發(fā)生在BGA側(cè),裂紋沿著IMC擴(kuò)展,且斷口焊錫有重熔現(xiàn)象。推斷開(kāi)裂和翹曲有關(guān),可能發(fā)生在*次過(guò)爐的降溫階段或者*二次過(guò)爐的升溫階段。

    此外在斷口部區(qū)域發(fā)現(xiàn)有Au元素富集現(xiàn)象,需對(duì)“金脆”現(xiàn)象進(jìn)行排除。


    拔+斷口大神分析

     冷拔+端口分析


    將主板浸泡在濃度為3%的熒光劑水溶液,抽真空,干燥后,對(duì)BGA位置進(jìn)行冷拔。在紫外光下觀(guān)察焊點(diǎn)發(fā)光情況,確認(rèn)開(kāi)裂狀況。對(duì)焊點(diǎn)開(kāi)裂區(qū)域進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)明顯的Au元素富集,排除“金脆”引發(fā)BGA開(kāi)裂的可能性。

    對(duì)PCB四聯(lián)板進(jìn)行動(dòng)態(tài)翹曲度測(cè)試,結(jié)果如上所示。PCB在室溫即存在一定扭曲,中間下凹、左上角和右下角有一定凸起。

    PCB四聯(lián)板在升溫過(guò)程中會(huì)逐漸軟化變形,呈現(xiàn)中間下凹、左右兩邊上凸的形態(tài),一直到降溫結(jié)束,這種形態(tài)都沒(méi)有明顯改變。在較后冷卻到室溫時(shí),出現(xiàn)了一個(gè)翹曲的*值。所以此PCB在*次過(guò)爐后,冷卻完畢會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大翹曲。對(duì)僅B面打件的小板進(jìn)行動(dòng)態(tài)翹曲度測(cè)試,結(jié)果如上所示。未發(fā)現(xiàn)明顯的翹曲變化。單獨(dú)的小板翹曲并不嚴(yán)重,小板上塑料件的存在也并未加劇PCB的翹曲。


    對(duì)不良品的BGA錫球高度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示BGA錫球呈現(xiàn)中間高兩邊低的現(xiàn)象,錫球高度受到了翹曲的影響。

    BGA左側(cè)的錫球,裂紋多出現(xiàn)在左邊;右側(cè)的錫球,裂紋多出現(xiàn)在右邊。與翹曲有一定的關(guān)聯(lián)性。

    對(duì)不良BGA錫球開(kāi)裂狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明,開(kāi)裂多發(fā)生在未植球的空白區(qū)域附近,且部分區(qū)域(紅框位置)的焊點(diǎn)開(kāi)裂*嚴(yán)重。


    PCB四聯(lián)板在加熱過(guò)程中,中間區(qū)域(紅圈位置)會(huì)出現(xiàn)軟化下凹,變形明顯。

    綜上推測(cè):離PCB中間區(qū)域越近的BGA錫球,越*產(chǎn)生開(kāi)裂。



    對(duì)1pcsBGA原物料進(jìn)行切片,發(fā)現(xiàn)部錫球的邊角已經(jīng)有細(xì)小缺口或微裂紋。*排25個(gè)錫球里有三個(gè)球發(fā)現(xiàn)微裂紋或小缺口。

    小缺口區(qū)域有IMC生成,推測(cè)其產(chǎn)生原因可能和植球時(shí)的邊角退潤(rùn)濕有關(guān)。

    綜上,推測(cè)有原始微裂紋的錫球在焊接過(guò)程中,PCB板翹曲變形,使得裂紋擴(kuò)張,造成錫球開(kāi)裂。

    結(jié)論

    1.主板的BGA 開(kāi)裂發(fā)生在組件側(cè)IMC層且斷口有二次重熔現(xiàn)象。斷口部區(qū)域有Au元素富集現(xiàn)象。

    2.熒光劑浸泡+冷拔+斷口分析結(jié)果,排除“金脆”引發(fā)BGA開(kāi)裂的可能性。

    3.動(dòng)態(tài)翹曲度測(cè)試結(jié)果表明,PCB四連板在加熱過(guò)程中變形明顯,呈現(xiàn)中間下凹、左右兩邊上凸的形態(tài)。且其在冷卻完成后(255℃降至25℃)翹曲較嚴(yán)重。

    4.開(kāi)裂焊點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,開(kāi)裂多發(fā)生在未植球的空白區(qū)域附近,且部區(qū)域的焊點(diǎn)開(kāi)裂*嚴(yán)重,與翹曲有一定的關(guān)聯(lián)性。綜合各測(cè)試結(jié)果,推測(cè)離PCB中間區(qū)域越近的BGA錫球,越*產(chǎn)生開(kāi)裂。

    5.原物料切片后發(fā)現(xiàn)部錫球存在原始微裂紋。推測(cè)有原始微裂紋的錫球在焊接過(guò)程中,PCB板翹曲變形,使得裂紋擴(kuò)張,造成錫球開(kāi)裂。



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