成都检测中心 BGA短路失效分析

成都检测中心 BGA短路失效分析

问题描述

客户描述，其产品回流焊后大量锡球中都存在超大气泡（已远远超过IPC-A-610E要求的25%），并且存在桥接的现象。（如下图X-Ray 所示）不良发生在上图BGA   U1位置，不良率约为1%。PCB表面处理为OSP。客户反映，只有该批次PCB经焊接后出现气泡异常现象。



原因分析

PCB：受潮或残留水分，存在盲孔结构，孔壁有裂缝或孔底有尖角，焊盘表面OSP膜异常或存在有机污染

BGA: 锡球表面存在裂纹，残留水分, 锡球表面有机污染

锡膏: 锡膏吸湿, Flux活性不足或沸点过低

1.强活性的助焊剂使润湿速度加快, 减少助焊剂残渣被焊锡包裹的机会。

2.溶剂过早挥发使得助焊剂残留难以流动，只能在焊锡内部被高温裂解，形成气泡。

Profile：回流参数设置不合理

1.延长预热时间，可利于焊锡内溶剂充分挥发

2.延长TOL，让熔融焊锡内的气体有足够时间逃溢

3.但时间过长的回流会加剧助焊剂裂解

BGA客户无法提供原物料，暂不对其进行分析, 客户反映，锡膏和回流曲线一直未变，而之前并无发现不良，所以暂不考虑这两个因素的影响。客户反映，只有该批次PCB出现不良，初步锁定PCB进行重点分析。

实验验证----NG成品焊点切片分析



01切片第一刀（row 1）





切片第一刀选取NG样品中并无发现大气泡的row 1位置，row 1中ball 11的盲孔位置存在疑似开裂的现象，并且盲孔的疑似开裂位置存在小气泡，该锡球的其他位置并无发现有气泡存在。

02切片第二刀（row 18）



对Row 18中的30个锡球观察后发现这些锡球可以分为三类：

（1）无盲孔的锡球：该类锡球基本无气泡或有极小的气泡；

（2）盲孔疑似开裂的锡球：大气泡均存在于该类锡球中，并且所有的气泡均在靠近PCB一侧，可以判断大气泡是由PCB这一侧开始产生的；

（3）有盲孔无疑似开裂的锡球：这类锡球基本也无气泡或有极小的气泡。

03切片第三刀（row 19）



对row 19中的bal 18和ball 19（两个锡球均有超大气泡）做SEM+EDS分析：

（1）Ball 18中位置2基本上没有Cu，说明盲孔在该位置的Cu已近缺失，可以判断盲孔在此处确有开裂现象。

（2）Ball 19中的位置2同样存在Cu缺失的现象，同样可以确认盲孔在此处开裂。



Row19-ball 18





Row19-ball 19

结果分析

（1）BGA中主要存在3类锡球，即无盲孔的锡球，有盲孔但盲孔无开裂的锡球和盲孔开裂的锡球，发现大气泡都只存在于盲孔开裂的锡球中，可以判断PCB侧盲孔开裂是大气泡形成的主要原因。

（2）桥接均发生在相邻的两个有大气泡的锡球之间，单个大气泡或没有大气泡的锡球之间并无发现桥接的现象，可以判断桥接主要是由于大气泡的生成，导致焊盘上的锡被挤压到焊盘外而形成的

改善建议

改善PCB生产的质量监管，要做到PCB上有盲孔的焊盘中盲孔无开裂。