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PCBA大講堂:如何判斷BGA掉件是SMT工廠制程或是設(shè)計(jì)問題?

發(fā)布時(shí)間 :2016-06-14 14:19 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA部
相信很多人一直都有個(gè)疑問,要如何判斷BGA掉落是來自于SMT工廠的制程所造成的不良?還是因?yàn)殡娐钒宓闹瞥倘毕菀??或?a href="http://sqjiaju.com" target="_blank">PCB設(shè)計(jì)上的問題?很多PCB設(shè)計(jì)者只要一碰到BGA零件掉落的問題,往往一口咬定就是制造端焊接不良造成,讓很多SMT工廠端的工程師百口莫辯。
根據(jù)深圳宏力捷的了解,BGA掉落的原因雖然大部分與工廠或零件的制程不良有關(guān),但也不能排除電路板及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上出來信賴度的問題。
如何判斷BGA掉件是SMT工廠制程或是設(shè)計(jì)問題?如何判斷BGA掉件是SMT工廠制程或是設(shè)計(jì)問題?
如何判斷BGA掉件是SMT工廠制程或是設(shè)計(jì)問題?如何判斷BGA掉件是SMT工廠制程或是設(shè)計(jì)問題?
在真正分析問題之前,有必要先了解問題發(fā)生的環(huán)境狀況,因?yàn)樵诓煌瑺顩r下所發(fā)生的相同不良現(xiàn)象,往往可能來自不同的真因(Root Cause),一般BGA會(huì)掉落通常是發(fā)生在產(chǎn)品摔落測試的時(shí)候,或是客戶使用不小心從高處跌落,如果在沒有外力施加其上就會(huì)掉落,那幾乎可以很肯定99%是產(chǎn)品或零件的制造過程有問題,一般不外乎空、假焊或零件焊接面氧化造成,ENIG表面處理的板子也有可能含磷量太多所造成的黑墊現(xiàn)象(Black Pad)。
 
其次要了解問題的本質(zhì),先想想在正常請況下,零件究竟會(huì)從那個(gè)斷面破裂掉落呢?當(dāng)然是從其最脆弱的地方破裂蘿,那如果是SMT的reflow焊接沒有焊好,那就應(yīng)該會(huì)斷裂在BGA的錫球(ball)與電路板的焊墊之間,當(dāng)然會(huì)發(fā)生在這個(gè)地方的斷裂,也有可能是BGA的錫球氧化,或電路板的焊墊氧化所造成;如果是焊墊的設(shè)計(jì)太小致無法承受太大的落下沖擊力時(shí),就會(huì)造成電路板上的焊墊被拉扯下來的現(xiàn)象,其實(shí)這種現(xiàn)象也有可能是PCB廠商壓合不好造成;另外也有可能是錫球內(nèi)有太多的氣泡(voids),造成錫球的強(qiáng)度不足而斷裂在錫球的中間。
就因?yàn)锽GA掉落有種種的可能原因,所以我們在分析這樣的問題時(shí),最好要同時(shí)檢查電路板與BGA的零件面,以確認(rèn)它的斷裂面位于何處,還要檢查其斷裂面的形狀以判斷是外力的強(qiáng)力拉扯或是焊接不良造成,所以得淮備高倍顯微鏡,有必要的話還得淮備SEM/EDA(Scanning Electron Microscope/Energy-Dispersive X-Ray spectroscopy)來分析斷裂面的元素組成成份。
 
檢查BGA掉落時(shí)應(yīng)該以相對應(yīng)的單顆錫球及焊墊為單位,而且要同時(shí)檢查 BGA 的錫球與PCB的焊墊,這樣才能得到完整得答案。
可以先檢查BGA的斷裂面,看看錫球是否還留在BGA上面,沒有意外的話錫球應(yīng)該都會(huì)留在BGA上面,如果錫球不在BGA上面,那就有可能是BGA零件本身的錫球焊錫不良。
如果BGA的錫球完好,再檢查錫球(Solder ball)的斷裂面有否出現(xiàn)粗糙凹凸不平的現(xiàn)象,有的話表示錫球的吃錫良好,斷裂應(yīng)該是外力撞擊所造成。如果斷裂的錫面很光滑,還呈現(xiàn)出圓弧狀,那就很有可能是假焊(Non-Wetting)或是冷焊(Cool Solder),想對的PCB焊墊上的焊錫面應(yīng)該也會(huì)呈現(xiàn)出光滑的圓弧狀。
如果斷裂面是發(fā)生在錫球的中間,那就要檢查看看斷裂面有無部份內(nèi)凹的光滑面,這通常代表著錫球內(nèi)有氣泡產(chǎn)生,氣泡也是造成焊錫斷裂的可能原因之一,就像是中空的梁柱一樣,其支撐力就會(huì)減弱。錫球會(huì)產(chǎn)生氣泡的原因很多,一部分是reflow的profile沒有調(diào)整好,還有一部份是來自白目的設(shè)計(jì)者,硬是要把通孔設(shè)計(jì)在焊墊上,因?yàn)樗麄冎辉诤踹@樣可以節(jié)省空間,殊不知這樣會(huì)嚴(yán)重造成焊接不良、少錫、氣泡..等后果,然后要制造端買單。
相關(guān)閱讀:導(dǎo)通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則
 
最后一個(gè)斷裂點(diǎn)是PCB的焊墊被拉扯下來,也就是說焊墊與PCB的連接處變成最脆弱的地方,會(huì)發(fā)生這樣的原因一般可能來自PCB的焊墊設(shè)計(jì)太小,或是PCB的壓合強(qiáng)度不足造成,也有可能是因?yàn)镻CB的反覆高溫維修,弱化了結(jié)合強(qiáng)度,如果問題是來自前項(xiàng),解決的方法可以加大焊墊的尺寸,另外還可以用綠漆(solder mask)把焊墊的外圈覆蓋起來,這樣也可以補(bǔ)強(qiáng)焊墊的強(qiáng)度;在所有方法都試過還不能解決問題后,再來考慮 underfill(底部填膠)吧,因?yàn)閡nderfill真的很麻煩,不但要在reflow之后先完成測試增加填膠及烘烤的動(dòng)作,維修起來也不方便呢。
那如果斷裂發(fā)生在 IMC 層呢?下次有機(jī)會(huì)再談吧!


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