关于PCB焊盘拉脱强度影响因素分析及改善建议(20140303)

1、SHENGYI CONFIDENTAL ShengYi Technology Co., Ltd 1.焊盘拉脱失效案例 2.评估的方法及失效模式 3.影响焊盘拉脱（焊点强度）的主要因素 4.PCB板材方面的关注点 5.行业对改善焊点强度的经验分享 6.行业对Pad crater的研究进展 SHENGYI CONFIDENTAL 1、焊盘拉脱失效实例 在支撑PCB内部连接的焊盘下面， 出现裂纹。 SHENGYI CONFIDENTAL 1、焊盘拉脱失效实例 SHENGYI CONFIDENTAL 1、焊盘拉脱失效实例 近年，跌落试验（drop test）和球垫坑裂（pad cratering） 越

2、来越受到PCB行业的关注，而且根据PCB行业的研究及 认识，以上与PCB基材的拉脱强度有较大关系。 BGA区域装配掉拍 SHENGYI CONFIDENTAL 2、拉脱强度评估的方法及失效模式 目前业界主要三种方法来评估基材的拉脱强度，其中焊球拉拔和焊球 剪切测试应用广泛。 2021-7-25 6 高温拔针测试高温拔针测试(Hot Pin Pull Test) 焊球拉拔测试（焊球拉拔测试（Ball Pull Test） 焊球剪切测试（焊球剪切测试（Ball ShearTest） IPC-TM-6502.4.21.1JEDEC JESD22-B115JEDEC JESD22-B117A SHEN

3、GYI CONFIDENTAL 2、拉脱强度评估的方法及失效模式 n 对焊接强度的可靠性测试方法（针对PCBA而言）： 1.Shock/Drop test（冲击，跌落实验） 2.Vibration（震动） 3.Temp Cycle （温度循环测试） 目前，普遍受业界采用的评估方法是焊球拉拔测试（Ball Pull Test），以下做重点介绍。 2021-7-25 7 SHENGYI CONFIDENTAL 2、拉脱强度评估的方法及失效模式 焊盘拉拔测试（ball pull Test） 2021-7-25 8 PCB样品制作 样品预处理 ReflowX5 植球 测试 Dage 4000 数据记录

4、和 分析 Dage 4000 SHENGYI CONFIDENTAL 2、拉脱强度评估的方法及失效模式 2021-7-25 9 常见失效模式（参考常见失效模式（参考IPC-9708） 上：pad crater，露出玻纤 下：pad crater，没有露出玻纤 SHENGYI CONFIDENTAL 2、拉脱强度评估的方法及失效模式 上左：Pad crater，露出玻纤 上右：Pad crater，没有露出玻纤 下左：IMC，锡球断裂 SHENGYI CONFIDENTAL 3、影响焊盘拉脱（焊点强度）的主要因素 n 对焊球产生的机械应力 -SMT 制程（温度变化、CTE匹配等） -运输过程的冲

5、击和震动 -客户使用条件 n 材料的影响 -转用无铅焊料 -PCB材料（厚度、硬度、Reflow中的稳定性等） n 设计规则 -BGA上的焊盘尺寸、线宽、焊球间隙、线路位置等变小 2021-7-25 11 SHENGYI CONFIDENTAL 3、影响焊盘拉脱（焊点强度）的主要因素 2021-7-25 12 SMT制程的影响，焊接温度的提高 无铅焊接的温度增加， 直接导致材料的硬度变 大，从而产生较大的机 械应力，增加了焊盘坑 裂的风险。 SHENGYI CONFIDENTAL 3、影响焊盘拉脱（焊点强度）的主要因素 2021-7-25 13 CTE的不匹配 组装过程中由于 CTE不匹配形成

6、的 对焊盘的剪切力 SHENGYI CONFIDENTAL 3、影响焊盘拉脱（焊点强度）的主要因素 2021-7-25 14 运输过程的影响运输过程的影响 SHENGYI CONFIDENTAL 3、影响焊盘拉脱（焊点强度）的主要因素 2021-7-25 15 焊料的影响焊料的影响 对 焊 盘 的 拉 力 无铅焊料比有铅焊料更硬； 无论是无铅还是有铅，其焊盘 的粘结强度基本是一样的 焊盘可 承载的 力不变 PCB上的微观失效 硬度更大的无铅焊料转移了更多的拉力在硬度更大的无铅焊料转移了更多的拉力在PCB的焊盘上，从而增加了失的焊盘上，从而增加了失 效可能性。效可能性。 SHENGYI CONF

7、IDENTAL 3、影响焊盘拉脱（焊点强度）的主要因素 2021-7-25 16 设计的影响设计的影响 BGA未来的比例变化将会带来新的挑战未来的比例变化将会带来新的挑战 SHENGYI CONFIDENTAL 4、PCB板材方面的关注点 1、固化体系的差异（DICY vs. PN） 2、无铅、无卤、高速材料的差异 3、材料的韧性、刚性、抗变形能力 4、怎样的材料才是最适合的材料？（没有定论） SHENGYI CONFIDENTAL 4、PCB板材方面的关注点 CBP的测试结果显示，DicyPN体系 无铅材料无卤材料高速材料 SHENGYI CONFIDENTAL 4、PCB板材方面的关注点

8、通过增韧技术，可提高板材的CBP能力 SHENGYI CONFIDENTAL 5、行业对改善焊点强度的经验分享 1. 局部Pad的设计用SMD代替NSMD 2. 改变BGA的放置方式 3. 改变BGA边缘的焊盘走线宽度 4. 增强产品的包装 SHENGYI CONFIDENTAL 5、行业对改善焊点强度的经验分享 1. 局部Pad的设计用SMD代替NSMD SHENGYI CONFIDENTAL 5、行业对改善焊点强度的经验分享 NSMD：BGA两 边都出现Pad crater 四角部分焊盘 SMD：四角不 完全出现Pad crater，有IMC， SHENGYI CONFIDENTAL 5、

9、行业对改善焊点强度的经验分享 2. BGA放置方向 SHENGYI CONFIDENTAL 5、行业对改善焊点强度的经验分享 2. BGA放置方向 BGA四角上的Pad都 设计成SMD，从四点 弯曲测试结果可见， BGA成45度角放置， 出现Pad crater的几 率大大减低。 SHENGYI CONFIDENTAL 5、行业对改善焊点强度的经验分享 3. 角落上焊点通过增粗与焊盘连接的走线来加强 将元器件从板件上取下， 发现与较粗走线连接的 焊盘依然留在板件上， 虽然焊盘已经被破坏了， 但走线依然粘结着，意 味着功能依然有效。 SHENGYI CONFIDENTAL 5、行业对改善焊点强度

10、的经验分享 4. 增强产品的包装 包装方式的调整和优化，有利于 改善Pad cratering问题。 SHENGYI CONFIDENTAL 6、行业对Pad crater的研究进展 编编 号号 行业组织、机构或者著名行业组织、机构或者著名 公司的公司的pad crater项目项目 研究内容研究内容 1 美国美国iNEMI（Intel 牵头）牵头）Pad cratering 的成因及评估方法，对不同类 型材料进行评估，并确立了IPC-9708标准 （完成） 2 美国美国HDPug （朗讯（朗讯/Celetica 牵头）牵头） 对不同类型材料进行CBP的评估，同时考察 球面弯曲测试与CBP结构的对应性（进行中） 3美国美国Cisco（思科）（思科） 研究Acoustic Emission(声频发射)方法对Pad cratering的检测（完成） 4生益科技与华为生益科技与华为