BGA失效分析报告课件

1.0mmpitchmPBGA

失效分析報告1.0mmpitchmPBGA

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:推廣大綱問題背景問題背景48Port交換器之PCBA,雙面制程6顆1.0mmpitch256pinmPBGA(含銀2%)在U60–U652顆1.27mmpitch600pinTBGA(63Sn37Pb)在U35,U36U65U64U63U62U61U60U36U35問題背景48Port交換器之PCBA,雙面制程U65U問題描述有3片ICTFailedPCBA,U65的BGA脫落斷裂位置在錫球與零件基板連接面U65問題描述有3片ICTFailedPCBA,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焊盤上問題描述(接上頁)斷裂後BGA上所有錫球仍很牢固的留在P怎麼辦?!由於這個問題的嚴重性,導致此產品停止生產!!!怎麼辦?!由於這個問題的嚴重性,失效分析(一)進行下述檢測:a)2DX檢測b)5DX檢測(Agilent5DX-X光分層分析儀)2DX5DX失效分析(一)進行下述檢測: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(一)-結果所有錫球均沒有少錫現象5DX-BG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)在SMT實驗室做切片分析樣品切割粗磨細磨用高倍失效分析(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BGA元件PCBA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初步結果:氣泡形成氣泡都集中在錫球與零件之間–Why183oC179oC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150oC183oC179oC初步結果:爐溫曲線錫膏廠商建議之線初步結果:銲盤不匹配

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

端焊盤直徑=0.45mm

在新零件

端焊盤直徑=0.35mm

PCB端之焊盤直徑=0.64mm初步結果:銲盤不匹配BGA基板與PCB上之焊盤不BGA錫球結構分析NSMDvs.NSMD(最好)-應力平均分散-最大焊接面積SMDvs.SMD(較好)

應力平均分散焊接面積較小NSMDvs.SMD(原零件)-應力不能平均分散-造成應力集中SolderMaskdefine(SMD)Non-soldermaskdefine(NSMD)NSMDvs.SMD(新零件)Padsize上下差異大應力集中易造成錫裂0.64mm0.35mm1:10.45mmBGA錫球結構分析NSMDvs.NSMD(最好)SM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&ShearTest)

電子光譜掃瞄分析(EDX-EnergyDispersiveX-raySpectroscopy)電子掃瞄顯微鏡分析(SEM-ScanningElectronMicroscope)失效分析(三)與香港科技大學合作對樣品(不良及良品)做失效分析(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失效分析(三)-結果BGA錫球在破壞性橫推斷裂后的切新零件的錫球上含有不正常之錫銀合金-IMC(InterMetallicCompound)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)(Solderballaftersheartest–sideview)LargeAg3SnIMCAg3Sn(peeloffalready)(Solderballbeforesheartest–sideview)(Solderballaftersheartest–Topview)(Solderjointaftersheartest–Topview)新零件的錫球上含有不正常之錫銀合金-IMC(Inter失效分析(四)振動和跌落測試Dye&Pry分析失效分析(四)振動和跌落測試失效分析(四)-結果錫裂大部份在U64,U65靠Magjack連接器旁U65U64失效分析(四)-結果錫裂大部份在U64,U65靠失效分析(四)-結果(接上頁)PCBALayout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元件失效分析(四)-結果(接上頁)PCBALayout綜和因素分析結果不良因素(Factor)分析如下:迴焊Profile:Soaking區不夠長有氣泡錫膏量:Flux量太多形成氣泡零件: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)PCB設計:Padsize&Layout究竟那一個Factor影響最大???進行DOE分析綜和因素分析結果不良因素(Factor)分析如下:究竟那一DOE

分析(一)

利用2Factors;2LevelDOEFactor1:迴焊ProfileLevel1:原有ProfileLevel2:新Profile(加長Soaking區)Factor2:鋼网開孔

Level1:原有鋼网

Level2:新鋼网(開孔縮少20%)DOE分析(一)利用2Factors;2LeDOE

分析(一)結果結果:新Profile+新鋼网有較好效果

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(一)結果結果:新Profile+新DOE

分析(二)利用4Factors;2LevelDOEFactor1:迴焊ProfileLevel1:原有ProfileLevel2:新Profile(加長Soaking區)Factor2:鋼网開孔Level1:原有鋼网Level2:新鋼网(開孔縮少)Factor3:零件Level1:原元件–元件基板上焊盤較大Level2:新元件–元件基板上焊盤較小Factor4:PCBLevel1:原有PCBLevel2:新PCB(焊盤縮少)DOE分析(二)利用4Factors;2LeveDOE

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DOE分析(二)結果結果:新Profile+新鋼對策與實施使用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0.64mm縮少至0.40mm新鋼网:照新PCBPadSize量產時,定時做2DX及5DX檢測,確保BGA焊接品質對策與實施使用DOE2得出最佳組合變更:時間制程IC供應商PadSize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PadSize的新PCB板效果確認產品成功通過客戶MDVT和EDVT測試自從12/25/02恢復生產問題不再出現變更:時間制程IC供應商1.使用混合元件2.導入優化之我們學到什麼?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: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,方可導入大量生產我們學到什麼?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2ndLevelFA能力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FA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!從A成長到A+此事件在各主管,品管,制工及生產單1.0mmpitchmPBGA

失效分析報告1.0mmpitchmPBGA

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:推廣大綱問題背景問題背景48Port交換器之PCBA,雙面制程6顆1.0mmpitch256pinmPBGA(含銀2%)在U60–U652顆1.27mmpitch600pinTBGA(63Sn37Pb)在U35,U36U65U64U63U62U61U60U36U35問題背景48Port交換器之PCBA,雙面制程U65U問題描述有3片ICTFailedPCBA,U65的BGA脫落斷裂位置在錫球與零件基板連接面U65問題描述有3片ICTFailedPCBA,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焊盤上問題描述(接上頁)斷裂後BGA上所有錫球仍很牢固的留在P怎麼辦?!由於這個問題的嚴重性,導致此產品停止生產!!!怎麼辦?!由於這個問題的嚴重性,失效分析(一)進行下述檢測:a)2DX檢測b)5DX檢測(Agilent5DX-X光分層分析儀)2DX5DX失效分析(一)進行下述檢測: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(一)-結果所有錫球均沒有少錫現象5DX-BG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)在SMT實驗室做切片分析樣品切割粗磨細磨用高倍失效分析(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BGA元件PCBA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初步結果:氣泡形成氣泡都集中在錫球與零件之間–Why183oC179oC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150oC183oC179oC初步結果:爐溫曲線錫膏廠商建議之線初步結果:銲盤不匹配

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

端焊盤直徑=0.45mm

在新零件

端焊盤直徑=0.35mm

PCB端之焊盤直徑=0.64mm初步結果:銲盤不匹配BGA基板與PCB上之焊盤不BGA錫球結構分析NSMDvs.NSMD(最好)-應力平均分散-最大焊接面積SMDvs.SMD(較好)

應力平均分散焊接面積較小NSMDvs.SMD(原零件)-應力不能平均分散-造成應力集中SolderMaskdefine(SMD)Non-soldermaskdefine(NSMD)NSMDvs.SMD(新零件)Padsize上下差異大應力集中易造成錫裂0.64mm0.35mm1:10.45mmBGA錫球結構分析NSMDvs.NSMD(最好)SM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&ShearTest)

電子光譜掃瞄分析(EDX-EnergyDispersiveX-raySpectroscopy)電子掃瞄顯微鏡分析(SEM-ScanningElectronMicroscope)失效分析(三)與香港科技大學合作對樣品(不良及良品)做失效分析(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失效分析(三)-結果BGA錫球在破壞性橫推斷裂后的切新零件的錫球上含有不正常之錫銀合金-IMC(InterMetallicCompound)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)(Solderballaftersheartest–sideview)LargeAg3SnIMCAg3Sn(peeloffalready)(Solderballbeforesheartest–sideview)(Solderballaftersheartest–Topview)(Solderjointaftersheartest–Topview)新零件的錫球上含有不正常之錫銀合金-IMC(Inter失效分析(四)振動和跌落測試Dye&Pry分析失效分析(四)振動和跌落測試失效分析(四)-結果錫裂大部份在U64,U65靠Magjack連接器旁U65U64失效分析(四)-結果錫裂大部份在U64,U65靠失效分析(四)-結果(接上頁)PCBALayout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元件失效分析(四)-結果(接上頁)PCBALayout綜和因素分析結果不良因素(Factor)分析如下:迴焊Profile:Soaking區不夠長有氣泡錫膏量:Flux量太多形成氣泡零件: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)PCB設計:Padsize&Layout究竟那一個Factor影響最大???進行DOE分析綜和因素分析結果不良因素(Factor)分析如下:究竟那一DOE

分析(一)

利用2Factors;2LevelDOEFactor1:迴焊ProfileLevel1:原有ProfileLevel2:新Profile(加長Soaking區)Factor2:鋼网開孔

Level1:原有鋼网

Level2:新鋼网(開孔縮少20%)DOE分析(一)利用2Factors;2LeDOE

分析(一)結果結果:新Profile+新鋼网有較好效果

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(一)結果結果:新Profile+新DOE

分析(二)利用4Factors;2LevelDOEFactor1:迴焊ProfileLevel1:原有ProfileLevel2:新Profile(加長Soaking區)Factor2:鋼网開孔Level1:原有鋼网Level2:新鋼网(開孔縮少)Factor3:零件Level1:原元件–元件基板上焊盤較大Level2:新元件–元件基板上焊盤較小Factor4:PCBLevel1:原有PCBLevel2:新PCB(焊盤縮少)DOE分析(二)利用4Factors;2LeveDOE

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DOE分析(二)結果結果:新Profile+新鋼對策與實施使用DOE2得出最佳組合混合零件:U64,U65-原零件,U60-U63-新零