BGA焊接不良经典案例分析FA-for-BGA-soldering课件

3.BGA焊接時的CASESTUDYBGA焊接不良案例探討3.BGA焊接時的CASESTUDYBGA焊接不良案例探討1案例1BGAHead-on-pillowdefectissue案例12說明

產品經SMT迴焊製程後,發生BGA零件有Head-on-pillow的現象;切片照片如下圖所示.說明產品經SMT迴焊製程後,發生BGA零件有Head3零件外觀觀察

利用實體顯微鏡觀察BGA零件的錫球表面,發現有部份錫球表面有黑色區域及凹痕,如下箭頭所示.零件外觀觀察利用實體顯微鏡觀察BGA零件的錫球表面,發現有4零件外觀觀察

如下箭頭所示,一樣有部份錫球表面有黑色區域及凹痕.零件外觀觀察如下箭頭所示,一樣有部份錫球表面有黑色區域及凹5零件外觀觀察

如下箭頭所示,發現錫球表面有異常凸起狀況.零件外觀觀察如下箭頭所示,發現錫球表面有異常凸起狀況.6零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,C、O含量也在10%以下錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Si、S、Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區7零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,O含量有偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有S異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區8零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,O含量有偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Na、Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區9零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,C、O含量有偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Cl、Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區10零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,O含量有偏高的現象,另有發現有少許Br含量錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有S、Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Cl異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常SnAgCu成份,11零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,O、O含量有偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區12切片結果

01-200X02-200X06-200X05-200X04-200X03-200X02-400X08-200X07-400X07-200X切片結果01-200X02-200X06-200X05-21309-200X09-400X14-200X13-200X12-200X11-200X10-400X16-400X15-200X切片結果

09-200X09-400X14-200X13-200X1214SEM結果

SEM結果15SEM結果

SEM結果16SEM結果

SEM結果17SMTScope迴焊模擬-Profile

紅色線設定曲線綠色線為實際曲線SMTScope迴焊模擬-Profile紅色線設定曲18SMTScope迴焊模擬-only零件

加熱前加熱至220℃加熱至230℃加熱至210℃SMTScope迴焊模擬-only零件加熱前加熱至219SMTScope迴焊模擬-only零件

冷卻至235℃加熱至244℃加熱至240℃冷卻至225℃SMTScope迴焊模擬-only零件冷卻至235℃20SMTScope迴焊模擬-only零件

冷卻至215℃冷卻至100℃從整個迴焊模擬過程中,零件本身在加熱過程中其變形程度不大.SMTScope迴焊模擬-only零件冷卻至215℃21SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

加熱前加熱至220℃加熱至230℃加熱至210℃SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件加熱前加熱至222SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至235℃冷卻至225℃加熱至244℃加熱至240℃SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至235℃23SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至100℃冷卻至215℃從整個迴焊模擬過程中,零件&PCB板在加熱過程中其變形程度不大,且其錫膏與BGA錫球有良好的wetting能力.SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至100℃24SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

加熱前加熱至220℃加熱至230℃加熱至210℃98.02.18ProfileSMTScope迴焊模擬-PCB板&零件加熱前加熱至225SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至235℃冷卻至225℃加熱至240℃98.02.18Profile加熱至245℃SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至235℃26SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至150℃冷卻至215℃從整個迴焊模擬過程中,零件&PCB板在加熱過程中其變形程度不大,且其錫膏與BGA錫球有良好的wetting能力.98.02.18ProfileSMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至150℃27SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

加熱前加熱至220℃加熱至230℃加熱至210℃98.02.24ProfileSMTScope迴焊模擬-PCB板&零件加熱前加熱至228SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至235℃冷卻至225℃加熱至240℃98.02.24Profile加熱至245℃SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至235℃29SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至160℃冷卻至215℃從整個迴焊模擬過程中,零件&PCB板在加熱過程中其變形程度不大,且其錫膏與BGA錫球有良好的wetting能力.98.02.24ProfileSMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至160℃30結論

綜合以上的觀察、分析與實驗結果,可歸納以下幾點:1.零件錫球表面存在一些黑色污染物及凸球的現象.

2.黑色污染區域經EDS分析結果其含有少量的Cl、S、Br、Na、

Si…等異常元素存在,且其區域C、O含量的比較也較正常錫球表面含量高出許多;這可能是受到一些有機物的污染或清潔不乾淨所造成.3.錫球表面凸起部份,可能來自於BGA零件植球製程中有異常的狀況發生,或者是錫球內部存在氣孔,造成凸起.4.從切片結果及SEM觀察結果,發現錫膏與PCB板間IMC有正常生長成,所以應不是錫膏或PAD有發生焊接異常的現象.5.利用SMTScope迴焊模擬結果,不管是零件本身模擬或是零件與錫膏焊接都沒有發生零件或板子變形的現象,且錫膏與錫球有良好的wetting能力.(實驗sample為少數,可能無法有效模擬出問題點)結論綜合以上的觀察、分析與實驗結果,可歸納以31案例2BGA零件不良解析案例232說明

NGSampleOKSample客戶BGA零件保存一年後，發現錫球表面有霧化現象及焊接性變差的現象。如下圖外觀照片所示，客戶提供不良sample及最近生產之OKsample供分析。說明NGSampleOKSample客戶BGA零件33SEM觀察

NGSampleOKSample從SEM觀察錫球表面外觀，如下所示。可發現OKsample表面為較光滑之合金表面，屬於正常的Sn-Ag-Cu的合金凝固表面；但是NGsample表面卻產生凹凸不平的表面組織及許多黑色污染區域。SEM觀察NGSampleOKSample從SEM觀察34SEM觀察

如上頁所述，NGsample

錫球表面經SEM放大倍率觀察下，其表面凹凸現象更明顯，且此現象存在於整個錫球表面周圍。SEM觀察如上頁所述，NGsample錫球表面經SEM35EDS分析

NGOK利用EDS進行錫球表面之成份分析；在OKsample部份，其成份除了正常的Sn-Ag-Cu組織外，尚還有Br元素的存在；而在NGsample部份，成份除了正常的Sn-Ag-Cu組織外，尚另有Br、Cl等元素的存在。EDS分析NGOK利用EDS進行錫球表面之成份分析；在OK36EDS分析

另外，再針對NGsample表面污染區域進行EDS分析，其結果如下所示，其污染區域除正常成份外，還存在Cl、Na、S、Br、K…等異常元素，且此區域之C、O比例也有偏高之現象。EDS分析另外，再針對NGsample表面污染區域進行E37EDS分析

針對NGsample表面凹凸不平區域進行EDS分析，其結果如下所示，其區域除正常成份外，還存在Cl、Na、S、Ca…等異常元素，且此區域之C、O比例也有偏高之現象。EDS分析針對NGsample表面凹凸不平區域進行EDS38結論

綜合以上之觀察與分析，歸納如下：1.在OKsample部份，錫球呈現較光滑的凝固組織表面，屬於正常之BGA表面；但是在成份分析結果，發現有Br元素的存在，這應該來自製程中Flux清洗不乾淨所殘留下來的。2.在NGsample部份，錫球表面呈現凹凸不平的異常組織表面，且錫球表面也存在許多遭Cl、Na、S、Br、K…等異常污染的區域。3.由於NGsample已經製造經一年以上之時間，且表面又存在許多上述之異常元素；這些元素對錫球表面會有咬蝕的現象，再經過長時間下或存在條件不佳的環境下，此咬蝕之現象會加劇。之後也會造成焊接上的問題與其它焊點特性。建議在BGA植球製程後，做好Flux洗淨之工作，避免錫球表面殘留Flux或其它洗淨劑，造成之後焊接上的困惱。另外也請做好儲存環境的控管，避免加速上述現象的發生。結論綜合以上之觀察與分析，歸納如下：393.BGA焊接時的CASESTUDYBGA焊接不良案例探討3.BGA焊接時的CASESTUDYBGA焊接不良案例探討40案例1BGAHead-on-pillowdefectissue案例141說明

產品經SMT迴焊製程後,發生BGA零件有Head-on-pillow的現象;切片照片如下圖所示.說明產品經SMT迴焊製程後,發生BGA零件有Head42零件外觀觀察

利用實體顯微鏡觀察BGA零件的錫球表面,發現有部份錫球表面有黑色區域及凹痕,如下箭頭所示.零件外觀觀察利用實體顯微鏡觀察BGA零件的錫球表面,發現有43零件外觀觀察

如下箭頭所示,一樣有部份錫球表面有黑色區域及凹痕.零件外觀觀察如下箭頭所示,一樣有部份錫球表面有黑色區域及凹44零件外觀觀察

如下箭頭所示,發現錫球表面有異常凸起狀況.零件外觀觀察如下箭頭所示,發現錫球表面有異常凸起狀況.45零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,C、O含量也在10%以下錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Si、S、Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區46零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,O含量有偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有S異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區47零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,O含量有偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Na、Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區48零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,C、O含量有偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Cl、Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區49零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,O含量有偏高的現象,另有發現有少許Br含量錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有S、Br異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果有Cl異常元素,且C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常SnAgCu成份,50零件SEM-EDS觀察分析

錫球表面正常SnAgCu成份,O、O含量有偏高的現象錫球表面的黑色污染區域經EDS分析結果C、O含量有異常偏高的現象零件SEM-EDS觀察分析錫球表面正常錫球表面的黑色污染區51切片結果

01-200X02-200X06-200X05-200X04-200X03-200X02-400X08-200X07-400X07-200X切片結果01-200X02-200X06-200X05-25209-200X09-400X14-200X13-200X12-200X11-200X10-400X16-400X15-200X切片結果

09-200X09-400X14-200X13-200X1253SEM結果

SEM結果54SEM結果

SEM結果55SEM結果

SEM結果56SMTScope迴焊模擬-Profile

紅色線設定曲線綠色線為實際曲線SMTScope迴焊模擬-Profile紅色線設定曲57SMTScope迴焊模擬-only零件

加熱前加熱至220℃加熱至230℃加熱至210℃SMTScope迴焊模擬-only零件加熱前加熱至258SMTScope迴焊模擬-only零件

冷卻至235℃加熱至244℃加熱至240℃冷卻至225℃SMTScope迴焊模擬-only零件冷卻至235℃59SMTScope迴焊模擬-only零件

冷卻至215℃冷卻至100℃從整個迴焊模擬過程中,零件本身在加熱過程中其變形程度不大.SMTScope迴焊模擬-only零件冷卻至215℃60SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

加熱前加熱至220℃加熱至230℃加熱至210℃SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件加熱前加熱至261SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至235℃冷卻至225℃加熱至244℃加熱至240℃SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至235℃62SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至100℃冷卻至215℃從整個迴焊模擬過程中,零件&PCB板在加熱過程中其變形程度不大,且其錫膏與BGA錫球有良好的wetting能力.SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至100℃63SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

加熱前加熱至220℃加熱至230℃加熱至210℃98.02.18ProfileSMTScope迴焊模擬-PCB板&零件加熱前加熱至264SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至235℃冷卻至225℃加熱至240℃98.02.18Profile加熱至245℃SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至235℃65SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至150℃冷卻至215℃從整個迴焊模擬過程中,零件&PCB板在加熱過程中其變形程度不大,且其錫膏與BGA錫球有良好的wetting能力.98.02.18ProfileSMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至150℃66SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

加熱前加熱至220℃加熱至230℃加熱至210℃98.02.24ProfileSMTScope迴焊模擬-PCB板&零件加熱前加熱至267SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至235℃冷卻至225℃加熱至240℃98.02.24Profile加熱至245℃SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至235℃68SMTScope迴焊模擬-PCB板&零件

冷卻至160℃冷卻至215℃從整個迴焊模擬過程中,零件&PCB板在加熱過程中其變形程度不大,且其錫膏與BGA錫球有良好的wetting能力.98.02.24ProfileSMTScope迴焊模擬-PCB板&零件冷卻至160℃69結論

綜合以上的觀察、分析與實驗結果,可歸納以下幾點:1.零件錫球表面存在一些黑色污染物及凸球的現象.

2.黑色污染區域經EDS分析結果其含有少量的Cl、S、Br、Na、

Si…等異常元素存在,且其區域C、O含量的比較也較正常錫球表面含量高出許多;這可能是受到一些有機物的污染或清潔不乾淨所造成.3.錫球表面凸起部份,可能來自於BGA零件植球製程中有異常的狀況發生,或者是錫球內部存在氣孔,造成凸起.4.從切片結果及SEM觀察結果,發現錫膏與PCB板間IMC有正常生長成,所以應不是錫膏或PAD有發生焊接異常的現象.5.利用SMTScope迴焊模擬結果,不管是零件本身模擬或是零件與錫膏焊接都沒有發生零件或板子變形的現象,且錫膏與錫球有良好的wetting能力.(實驗sample為少數,可能無法有效模擬出問題點)結論綜合以上的觀察、分析與實驗結果,可歸納以70案例2BGA零件不良解析案例271說明

NGSampleOKSample客戶BGA零件保存一年後，發現錫球表面有霧化現象及焊接性變差的現象。如下圖外觀照片所示，客戶提供不良sample及最近生產之OKsample供分析。說明NGSampleOKSample客戶BGA零件72SEM觀察

NGSampleOKSample從SEM觀察錫球表面外觀，如下所示。可發現OKsample表面為較光滑之合金表面，屬於正常的Sn-Ag-Cu的合金凝固表面；但是NGsample表面卻產生凹凸不平的表面組織及許多黑色污染區域。SEM觀察NGSampl