BGA焊接品质分析-改善课件

PCEGDMD(I)ENGINEERINGDEPARTMENTBGA焊接品質研究及改善PCEGDMD(I)ENGINEERI120025/28AMF發生2PCSNICFAILURE,國外對此分析,未找到不良原因.5/30AMF送回3PCS不良板作分析.DMD重新測試ICT結果OK;重測FVS發現時而OK.時而NG起因是否有規律呢?我們收集不良數据以便層別.20025/28AMF發生2PCSNICFAILUR2廠內國外均有發現此類不良,為何我們不能完全測出?不良情形到底如何呢?我們決定去實驗室作CROSSSECTION分析數据匯整匯整國外資料,5月份共交貨215,353,此種不良共37PCS,約176PPM廠內NICFAILURE共64PCS,304PPM廠內國外均有發現此類不良,為何我們不能完全測出?不良情3切片分析對BGA作CROSSSECTION分析,發現兩种不良狀況在BGA本體部分出現“錫肩”存在明顯焊接分層現象焊錫角>90OBGA出現CRACK,斷裂面在IMC層,斷裂面不規則BGAPADCOPPER切片分析對BGA作CROSSSECTION分析,發現兩种不4為何ICTFVS不能完全測出BGAPADCOPPER我們在測試時會對BGA施加壓力,導致其斷裂面接触,從而引起時好時壞的現象.無法100%測試出來不良的ROOTCAUSE是什麼呢?為何ICTFVS不能完全測出BGAPADCOPPER我5第一種不良分析錫肩外形規則,且出現在分層面,初步判定為BGA封裝時不良焊錫角>90O說明BGA本體PAD吃錫不良小結:原材不良,需進一步确認第一種不良分析錫肩外形規則,且出現在分層焊錫角>90O說6BGA原材料确認加熱,將BGA錫球取下,發現BGA本體PAD焊錫性不良,出現DEWETTING現象發現BGA來料錫球壓傷,多球,少球,露銅,氧化等多种不良小結:BGA的确來料不良.(INTEL無此類標准)INTEL標准:錫球共面性要求:高低差<8milBGA原材料确認加熱,將BGA錫球取下,發現BGA本發現BG7預防對策1.訂定BGA外觀檢驗標准,IQC不定期抽檢(因其為溫濕度敏感元件,使用前不便于拆封)2.范用機貼裝前檢驗預防對策1.訂定BGA外觀檢驗標准,IQC不定期抽檢8BGA來料不良改善:PASS此不良信息及不良樣品給INTEL要求其改善效果确認:D/C0242后BGA品質有明顯改善小結:改善后不良率<200PPMBGA來料不良改善:PASS此不良信息及不良樣品給INT9BGACRACK要因分析為何BGA會斷裂人機料法訓練不足未依SOP作業紀律性問題ICT測試治具不良FVS測試治具不良插件維修治具不良PCBHANDLING方法不當流板方法不當迴流焊溫度不當波峰焊接溫度不當印刷錫膏不良貼裝不良來料不良物料儲存不當物料使用不當BGACRACK要因分析為何BGA會斷裂人機料法訓練10PROCESSCHECK錫膏印刷錫膏厚度0.148~0.160MM良好鋼板刮印干淨張力40N/CM刮刀無變形錫膏開封后使用時間控制在3小時內零件貼裝NOZZLE選用正确#4真空吸力正常:<-80貼裝品質OKPROCESSCHECK錫膏印刷錫膏厚度0.148~0.111PROCESSCHECKREFLOWPROFILETypicalOvenReflowProfile183ºCslope<3ºC/secholdat150-183ºC60-90secand2min.maxpeaktemp.205-225degCtarget218degCtimeliquidus40-90secondsBoardTemp.slope<3ºC/sec實際:升溫斜率<2OC均溫時間:72秒PEAK值:215OC降溫斜率:<3OCOKPROCESSCHECKREFLOWPROFILETy12PROCESSCHECKICTFVSSTRAINGAGE測試結果<450u業界標准<500uOKCALL供應商INTEL工程人員來廠處理,無結果!!!PROCESSCHECKICTFVSSTRAINGA13BGACRACK分析之一斷裂界面發生在IMC層斷裂界面樹枝狀晶粒突出表面BGACRACK分析BGACRACK分析之一斷裂界面發生在IMC層斷裂界面樹枝14BGACRACK分析之二CuSolderIMCNIIMC晶粒粗大BGACRACK分析BGACRACK分析之二CuSolderIMCNIIMC15BGACRACK分析之三Breakinginterface斷裂界面出現在IMC層.IMC層晶粒粗大,出現樹枝狀晶格排列,由冶金原理可知,晶粒愈大則其机械強度愈低,從而導致CRACK机率增大什麼原因導致IMC層晶粒粗大呢??MotherboardSolderball斷裂處情形BGACRACK分析BGACRACK分析之三Breakinginterfac16BGACRACK分析之四晶粒粗大的原因是IMC層晶粒成長時間過長(冶金學)AFTERREFLOWAFTERWAVESOLDER晶粒細密,規則,錫球完全與BGA焊墊結合,良好IMC層晶粒粗大成樹枝狀,IMC層成型惡化.錫球不完全與BGA銲墊結合結論:波峰焊制程影響IMC層晶粒大小及品質VS焊接外形BGACRACK分析BGACRACK分析之四晶粒粗大的原因是IMC層晶粒成長時17BGACRACK分析之四迴流焊后IMC層晶粒波峰焊后IMC層晶粒結論:波峰焊制程影響IMC層晶粒大小及品質BGACRACK分析BGACRACK分析之四迴流焊后IMC層晶粒波峰焊后IMC18BGACRACK分析之五160oC170oC180oC190oCDe-Wet[BGAOJ]PCBPAD易裂PCBPAD有凹陷BGAPAD有凹陷IMC層強度較弱BGAPAD焊錫性減弱並IMC強度減弱BGAPADDE-WETTINGBGA焊接品質良好IMC層強度開始變弱試驗結果表明:在波峰焊制程中,BGA錫球溫度峰值在160OC以下時不影響錫球焊接品質!!!!BGACRACK分析BGACRACK分析之五160oC170oC180o19對策及實施對策控制波峰焊溫度對BGA的影響HOWTODO??對策及實施對策控制波峰焊溫度對BGA的影響HOWTODO20波峰焊如何影響BGA焊接??客戶設計不良,BGA區域有大量VIA通孔,熱空气直接從此通過對錫球加熱如何改善此現象呢??對策及實施波峰焊如何影響BGA焊接??客戶設計不良,BGA區域有大量V21改善CARRIER,阻擋熱空气對BGA直接加熱如何改善?對策及實施知難行易!!改善CARRIER,阻如何改善?對策及實施知難行易!!22對策及實施對策實施ITEM

PEAK(ºC)OLDCARRIER178.2ºCNEWCARRIER103.5ºC改善前:PEAK>178OC改善后:PEAK<110OC對策及實施對策實施ITEMPEAK(ºC)O23效果确認IMC層晶粒均勻,細密,焊接品質良好從金相學來講,晶粒愈細密,其機械電器性能愈好從焊錫原理來講,晶粒愈細密,其電器性能愈佳效果确認IMC層晶粒均勻,細密,焊接品質良好24效果确認BGA焊接不良率從2500PPM下降到200PPM以下.內部BGA不良改善效果确認BGA焊接不良率從2500PPM下降到200PPM25標準化轉換為LESSONLEARNWAVESOLDER載具標準化,寫入載具制作辦法中INTEL治具同樣改善完畢,全面實施.知其然,知其所以然方為知識!!INTEL對此給予肯定並用此經驗協助ASUS處理此異常標準化轉換為LESSONLEARN知其然,知其所以然方為知26IntelCQE工程師來函感謝,我們所發現的技術協助他們解決了長久解決不了的問題.IntelCQE工程師來函感謝,我們所發現的技術協助他們解27Tin-LeadalloyphaseDiagram50OC150200200250250300300350OC350OCSn1009070806050403020100PbSn%(WT%)37液體Liquidrange半熔狀態Pastyrange半熔狀態Pastyrange固體Solidrange共晶點EUTECTICSn19.5%Sn97.5%液相線LIQUIDUS液相線LIQUIDUSABCD232E327183Tin-LeadalloyphaseDiagram5028真空包埋成份比例:環氧樹脂VS固化劑5:1H2NO3真空包埋成份比例:環氧樹脂VS固化劑5:1H2NO329MONTH一二三四五六七八九十十一十二Plan402,386285,680266,748500,217217,914346,122627,243305,069407,139427,834340,889494434Actual398,745275,382253,807334,956215,353342,602636,432306,482405,023427,657338,8694915372002年度各月生產計划與實際達成狀況比較Q4TOTALOUTPUT:1,258,063PCS北橋:16.5$南僑:16$LANCHIP:10$原不良率以2000PPM計算:1258063*0.002*(10$+16$+16.5$)=106935$MONTH一二三四五六七八九十十一十二Plan402,38630DOERecommendedProfileKeyDataPointsLiquidusdwell<60s(preferably~30s)Pre-spikedwell~90sHeatingramp~2-4C/secCoolingramp~3-5C/secBandwidth<10C(Deltabetweenprofilecurves)O2Environment<20ppmDOERecommendedProfileKeyDat31DOERecommendedProfileRoomTemp=25CFluxActivationTemp=150CSolderReflowTemp=183CSpikeTemp~220C4.5Min=/-0.5min~30-60sec~90-120secTempRamp=2-4C/secCoolRamp=3-5C/secDOERecommendedProfileRoomTe32DOERecommendedProfileProfileChangesBeltSpeed: Slowto~55cm/minIncreaseInitialrampFlattensoakrampLowerzone6(boardshouldbebelow183C)Increasespiketemp.Increasecoolingtemp.speedDOERecommendedProfileProfile33PrimarySideTemp.Preheat03Preheat02Preheat01Waves55-65* 95-105* 105-115*Dwell:A2:1.9-2.9A4:0.9-1.9160ºC*ExitTemperatures6月份INTEL提供的WS資料PrimarySideTemp.Preheat0334PCEGDMD(I)ENGINEERINGDEPARTMENTBGA焊接品質研究及改善PCEGDMD(I)ENGINEERI3520025/28AMF發生2PCSNICFAILURE,國外對此分析,未找到不良原因.5/30AMF送回3PCS不良板作分析.DMD重新測試ICT結果OK;重測FVS發現時而OK.時而NG起因是否有規律呢?我們收集不良數据以便層別.20025/28AMF發生2PCSNICFAILUR36廠內國外均有發現此類不良,為何我們不能完全測出?不良情形到底如何呢?我們決定去實驗室作CROSSSECTION分析數据匯整匯整國外資料,5月份共交貨215,353,此種不良共37PCS,約176PPM廠內NICFAILURE共64PCS,304PPM廠內國外均有發現此類不良,為何我們不能完全測出?不良情37切片分析對BGA作CROSSSECTION分析,發現兩种不良狀況在BGA本體部分出現“錫肩”存在明顯焊接分層現象焊錫角>90OBGA出現CRACK,斷裂面在IMC層,斷裂面不規則BGAPADCOPPER切片分析對BGA作CROSSSECTION分析,發現兩种不38為何ICTFVS不能完全測出BGAPADCOPPER我們在測試時會對BGA施加壓力,導致其斷裂面接触,從而引起時好時壞的現象.無法100%測試出來不良的ROOTCAUSE是什麼呢?為何ICTFVS不能完全測出BGAPADCOPPER我39第一種不良分析錫肩外形規則,且出現在分層面,初步判定為BGA封裝時不良焊錫角>90O說明BGA本體PAD吃錫不良小結:原材不良,需進一步确認第一種不良分析錫肩外形規則,且出現在分層焊錫角>90O說40BGA原材料确認加熱,將BGA錫球取下,發現BGA本體PAD焊錫性不良,出現DEWETTING現象發現BGA來料錫球壓傷,多球,少球,露銅,氧化等多种不良小結:BGA的确來料不良.(INTEL無此類標准)INTEL標准:錫球共面性要求:高低差<8milBGA原材料确認加熱,將BGA錫球取下,發現BGA本發現BG41預防對策1.訂定BGA外觀檢驗標准,IQC不定期抽檢(因其為溫濕度敏感元件,使用前不便于拆封)2.范用機貼裝前檢驗預防對策1.訂定BGA外觀檢驗標准,IQC不定期抽檢42BGA來料不良改善:PASS此不良信息及不良樣品給INTEL要求其改善效果确認:D/C0242后BGA品質有明顯改善小結:改善后不良率<200PPMBGA來料不良改善:PASS此不良信息及不良樣品給INT43BGACRACK要因分析為何BGA會斷裂人機料法訓練不足未依SOP作業紀律性問題ICT測試治具不良FVS測試治具不良插件維修治具不良PCBHANDLING方法不當流板方法不當迴流焊溫度不當波峰焊接溫度不當印刷錫膏不良貼裝不良來料不良物料儲存不當物料使用不當BGACRACK要因分析為何BGA會斷裂人機料法訓練44PROCESSCHECK錫膏印刷錫膏厚度0.148~0.160MM良好鋼板刮印干淨張力40N/CM刮刀無變形錫膏開封后使用時間控制在3小時內零件貼裝NOZZLE選用正确#4真空吸力正常:<-80貼裝品質OKPROCESSCHECK錫膏印刷錫膏厚度0.148~0.145PROCESSCHECKREFLOWPROFILETypicalOvenReflowProfile183ºCslope<3ºC/secholdat150-183ºC60-90secand2min.maxpeaktemp.205-225degCtarget218degCtimeliquidus40-90secondsBoardTemp.slope<3ºC/sec實際:升溫斜率<2OC均溫時間:72秒PEAK值:215OC降溫斜率:<3OCOKPROCESSCHECKREFLOWPROFILETy46PROCESSCHECKICTFVSSTRAINGAGE測試結果<450u業界標准<500uOKCALL供應商INTEL工程人員來廠處理,無結果!!!PROCESSCHECKICTFVSSTRAINGA47BGACRACK分析之一斷裂界面發生在IMC層斷裂界面樹枝狀晶粒突出表面BGACRACK分析BGACRACK分析之一斷裂界面發生在IMC層斷裂界面樹枝48BGACRACK分析之二CuSolderIMCNIIMC晶粒粗大BGACRACK分析BGACRACK分析之二CuSolderIMCNIIMC49BGACRACK分析之三Breakinginterface斷裂界面出現在IMC層.IMC層晶粒粗大,出現樹枝狀晶格排列,由冶金原理可知,晶粒愈大則其机械強度愈低,從而導致CRACK机率增大什麼原因導致IMC層晶粒粗大呢??MotherboardSolderball斷裂處情形BGACRACK分析BGACRACK分析之三Breakinginterfac50BGACRACK分析之四晶粒粗大的原因是IMC層晶粒成長時間過長(冶金學)AFTERREFLOWAFTERWAVESOLDER晶粒細密,規則,錫球完全與BGA焊墊結合,良好IMC層晶粒粗大成樹枝狀,IMC層成型惡化.錫球不完全與BGA銲墊結合結論:波峰焊制程影響IMC層晶粒大小及品質VS焊接外形BGACRACK分析BGACRACK分析之四晶粒粗大的原因是IMC層晶粒成長時51BGACRACK分析之四迴流焊后IMC層晶粒波峰焊后IMC層晶粒結論:波峰焊制程影響IMC層晶粒大小及品質BGACRACK分析BGACRACK分析之四迴流焊后IMC層晶粒波峰焊后IMC52BGACRACK分析之五160oC170oC180oC190oCDe-Wet[BGAOJ]PCBPAD易裂PCBPAD有凹陷BGAPAD有凹陷IMC層強度較弱BGAPAD焊錫性減弱並IMC強度減弱BGAPADDE-WETTINGBGA焊接品質良好IMC層強度開始變弱試驗結果表明:在波峰焊制程中,BGA錫球溫度峰值在160OC以下時不影響錫球焊接品質!!!!BGACRACK分析BGACRACK分析之五160oC170oC180o53對策及實施對策控制波峰焊溫度對BGA的影響HOWTODO??對策及實施對策控制波峰焊溫度對BGA的影響HOWTODO54波峰焊如何影響BGA焊接??客戶設計不良,BGA區域有大量VIA通孔,熱空气直接從此通過對錫球加熱如何改善此現象呢??對策及實施波峰焊如何影響BGA焊接??客戶設計不良,BGA區域有大量V55改善CARRIER,阻擋熱空气對BGA直接加熱如何改善?對策及實施知難行易!!改善CARRIER,阻如何改善?對策及實施知難行易!!56對策及實施對策實施ITEM

PEAK(ºC)OLDCARRIER178.2ºCNEWCARRIER103.5ºC改善前:PEAK>178OC改善后:PEAK<110OC對策及實施對策實施ITEMPEAK(ºC)O57效果确認IMC層晶粒均勻,細密,焊接品質良好從金相學來講,晶粒愈細密,其機械電器性能愈好從焊錫原理來講,晶粒愈細密,其電器性能愈佳效果确認IMC層晶粒均勻,細密,焊接品質良好58效果确認BGA焊接不良率從2500PPM下降到200PPM以下.內部BGA不良改善效果确認BGA焊接不良率從2500PPM下降到200PPM59標準化轉換為LESSONLEARNWAVESOLDER載具標準化,寫入載具制作辦法中INTEL治具同樣改善完畢,全面實施.知其然,知其所以然方為知識!!INTEL對此給予肯定並用此經驗協助ASUS處理此異常標準化轉換為LESSONLEARN知其然,知其所以然方為知60IntelCQE工程師來函感謝,我們所發現的技術協助他們解決了長久解決不了的問題.IntelCQE工程師來函感謝,我們所發現的技術協助他們解61Tin-LeadalloyphaseDiagram50OC150200200250250300300350OC350OCSn1009070806050403020100PbSn%(WT%)37液體Liquidrange半熔狀態Pastyrange半熔狀態Pastyrange固體Solidrange共晶點EUTECTICSn19.5%Sn97.5%液相線LIQUIDUS液相線LIQUIDUSABCD232E327183Tin-LeadalloyphaseDiagram5062真空包埋成份比例:環氧樹脂VS固化劑5:1H2NO3真空包埋成份比例:環氧樹脂VS固化劑5:1H2NO363MONTH一二三四五六七八九十十一十二Plan402,386285,680266,748500,217217,914346,122627,243305,069407,139427,834340,889494434Actual398,745275,382253,807334,956215,353342,602636,432306,482405,023427,657338,8694915372002年度各月生產計划與實際達成狀況比較Q4TOTALOUTPUT:1,258,063PCS北橋