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1、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, U36U65U64U63U62U61U60U36U35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
2、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 (Agilent 5DX -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
3、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
4、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 原零件原零件 端焊盤直徑= 0.45mm 在 新零件新零件 端焊盤直徑= 0.35mm PCB端之焊盤直徑= 0.64mmBGA 錫球結構分析NSMD vs. NSMD (最好最好)- 應力平均分散- 最大焊接面積SMD vs. SMD (較好較好)- 應力平均分散- 焊接面積較小NSMD vs. SMD (原零件原零件)- 應力不能平均分散- 造成應力集中Solder Mask define (SMD)Non-sold
5、er mask define (NSMD)NSMD vs. SMD (新零件新零件)- Pad size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 & 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
6、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 (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(三) - 結果 (接上頁)(Solder ball after shear test side view)Large Ag3Sn IMCAg3Sn(peel off already)(Solder ball before shear test side view)(Solder ball after shear test
7、Top view)(Solder joint after shear test Top 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U65U64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不良因素(Factor)分析如下分析如下 :1-迴焊 Profile : Soaking 區不夠長有氣泡2-錫膏量 : Flux 量太多形成氣泡3-
8、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)4-PCB 設計: Pad size & Layout 究竟那一個究竟那一個Factor影響最大影響最大? 進行進行 DOE 分析分析DOE 分析 (一) 利用 2 Factors ; 2 Level DOEFactor 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
9、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 4 Factors; 2 Level DOEFactor 1: 迴焊ProfileLevel 1: 原有ProfileLevel 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: 原元件 元件基板上焊盤較大Level 2: 新元件 元件基板上焊盤較小Factor 4: PCBLevel 1: 原有 PCBLevel 2: 新PCB ( 焊
10、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 0.64 mm 縮少至 0.40 mm新鋼网 : 照新 PCB Pad Size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 Pad Size
11、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Pad Size 的新 PCB 板效果確認產品成功通過客戶產品成功通過客戶 MDVT 和和 EDVT 測試測試自從自從 12/25/02 恢復生恢復生產問題不再出現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
12、 : 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 2nd Level FA 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 檢測能力和檢測能力和 FA FA 分析分析 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 !
