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BGA設計,製程及焊接問題分析PreparedBy:ForrestyouDate:2013.03.11內容:1.BGA的定義及類型;2.PCBAdesign;3.BGA檢查方法;4.問題分類及原因分析;3BGA的製造流程示意圖或flipchipprocess4BGApackagemanufacturingprocess5BGACross-section:6BGA錫球的成型方式7BGA封裝的發展:PoP/Stackdie的目的?8BGA錫球的防潮要求:BGA零件為何要採取防潮包裝?受潮後的失效模式?9BGA錫球的防潮要求:BGA封裝的吸濕性.10PopcorningcausestheBGApackagetoexpandbelowthedie;resultinginanincreaseinsize(andpossiblybridging)ofthesolderballsinthecenterofthepackageastheyaresquishedbetweenthepackageandtheboard.Popcorn:受潮或多次rework11BGAVIAPad與PCBPad設計要求12BGA/CSP的置件精度問題:NormalBGA:1.5mm/1.27mm/1.0mm/0.8mm/0.5mmPitchmicroBGA/CSP:0.4mm/0.3mm/0.25mm/0.2mmPitch13BGAPad設計的差異:SMDorNon-SMD?14BGAReflow視頻15BGA不良檢測&分析方法:SideviewX-rayCSAMCross-section案例:PoPBGA(下層BGA)Open16BGA製程不良:Mountingshift置件位移Open17從BGAsolderjoint高度判斷reflow溫度是否足夠.BGA製程不良:Reflow溫度不足或時間不夠180.30mmball=0.08mm(ccc)0.40mmball=0.10mm(ccc)0.50mmball=0.12mm(ccc)BGA的不良類型----原材不良1.缺錫球2.錫球的平整度IPC定義的平整度要求:19良好焊接的要素:IMC20IMC经验厚度2～5um且需均匀生长IMC太厚,材料特性会脆化IMC太薄,附着力不足易开裂良好焊接的要素:IMC21BGA空焊原因:PCBPad拒焊(Pad氧化或表面污染等因素)2223BGA不良檢測方法:紅墨水實驗24紅墨水評估方法25BGA焊點開裂案例:---BlackPad在焊接过程中，Sn与Ni反应生成Sn/Ni化合物，而镍层中的磷不参与合金反应，因此多余的磷原子则会留在镍层和合金层界面，过多的P在镍和IMC界面富集将形成黑色的富磷（P-Rich）层，同时，存在的镍层腐蚀会影响焊料与镍层的结合，富磷层和镍层腐蚀的存在会降低焊点与焊盘之间的结合强度；当焊点在组装过程中受到应力时，会在焊点强度最弱处发生开裂，BGA封装角部焊点由于远离中心点，承受的应力更大，故开裂一般会先发生在角部。26BGA焊點開裂案例:---應力過大26Model:J710AnalysisLocation:U5IssuesDescription:组装抽验判退，BGAU5不良，PE要求做切片分析观察U5焊点状况。Fig1：红色框标示为待分析零件U5U527Fig3:Joint1焊點切片放大圖CrackJoint1ComponentSideBGA焊點開裂案例:---應力過大28BGA焊點開裂案例:---Pb污染29BGA焊點開裂案例:---Pb污染30Cracklocationfora)blackpadrelatedfailure(b)interfacialfracturewhenusingENIGsurfacefinishassociatedwithmechanicalstressblackpadrelatedfailure如何辨別Crack的原因?31BGA焊點開裂案例:---應力過大對PCBA測試&組裝過程進行Strain量測32(BGACRACK)造成IMC异常破裂的常間原因33PCB厚度與應變量/應變率關係34增加BGA可靠度(減少Soldercrack):OSPSurfacefinishforBGApad35增加BGA可靠度(減少Soldercrack)的方法:1.Underfill:microBGAorCSP1.Cornerbond36CSAM:檢測IC內部是否發生分層(De-lamination)一般由於元器件吸濕或reflow溫度過高造成;37BGAreflow過程蹺曲:Soldershort&solderopen:38从室温下开始加热后（图2.a），器件先是凹形翘曲的，随着焊接温度的逐渐升高，PBGA封装体变软，伴随着焊料和BGA焊球的熔融，焊料表面张力增大，拉动器件封装体周边下榻，焊球间焊料相连形成短路（图2.b）。BGAreflow過程蹺曲:元器件湿度越大→器件温度翘曲变化严重→板极焊接缺陷增加，因此，J-STD-020MSL分类标准中，应加入回流峰值与之匹配的MSL对板极组装产生的影响，让SMT厂家成功实现PBGA的无铅焊接。39BGAreflow過程蹺曲:案例PCB蹺曲與BGA蹺曲同樣需管控:對策:1.確認BGA防潮包裝或烘烤;2.防止BGAreflow溫度過高;3.BGAcorner鋼板錫量減少;4.增加reflowCarrier,減少PCB變形度.40BGAreflow過程蹺曲:注意:BGAwarping也會造成solderingopen.41BGA的不良類型----Void42BGA的不良類型----Void的判定標準43BGA的不良類型----Void產生原因1.BGA錫球內的氣泡;2.錫膏特性(Flux)3.PCB污染;4.Pad設計(VIAinPad)5.…….44BGA的不良類型----Void產生原因45BGA的不良類型----Void產生原因46BGAvoid造成soldershort:案例:D57&D16HDI設計PCB:Pad表面盲孔回填不良;盲孔內氣體膨脹.47對策:確保回填板轉至下一制程,盲孔回填率均在80%以上BGAvoid造成soldershort:案例:D57&D1648BGA的”枕頭效應”:HeadInPillow48DNMA-92U6BGASide-ViewInspection第六个焊点焊点枕头效应49JointA19PCBSideComponentSideBGA的”枕頭效應”:HeadInPillow50第六个焊点空焊点DNMA-92U6X-RayInspection51DNMA-92U6Cross-sectionInspection52BGA的”枕頭效應”:可能發生原因:1.錫球的氧化/污染;2.BGA變形;3.Reflowprofile問題(錫膏問題):flux過早失效;53Q&A54ThankYou