【SMT资料】BGA焊接不良经典案例分析FA for BGA soldering.ppt

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1、3.BGA焊接時的CASE STUDY,BGA焊接不良案例探討,案 例 1BGA Head-on-pillow defect issue,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.,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,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,發現錫球表面有異常凸起狀況.,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S

2、i、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

3、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,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,切片結果,01-200X,02-200X,06-200X,05-200X,04-200X,03-200X,02-400X,08-

4、200X,07-400X,07-200X,09-200X,09-400X,14-200X,13-200X,12-200X,11-200X,10-400X,16-400X,15-200X,切片結果,SEM結果,SEM結果,SEM結果,SMT Scope 迴焊模擬-Profile,紅色線設定曲線 綠色線為實際曲線,SMT Scope 迴焊模擬-only 零件,加熱前,加熱至220,加熱至230,加熱至210,SMT Scope 迴焊模擬-only 零件,冷卻至235,加熱至244,加熱至240,冷卻至225,SMT Scope 迴焊模擬-only 零件,冷卻至215,冷卻至100,從整個迴焊模擬過

5、程中,零件本身在加熱過程中其變形程度不大.,SMT Scope 迴焊模擬-PCB板&零件,加熱前,加熱至220,加熱至230,加熱至210,SMT Scope 迴焊模擬-PCB板&零件,冷卻至235,冷卻至225,加熱至244,加熱至240,SMT Scope 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.,SMT Scope 迴焊模擬-PCB板&零件,加熱前,加熱至220,加熱至230,加熱至210,98.02.18 Profile,SMT Scope 迴焊模擬-PCB板&

6、零件,冷卻至235,冷卻至225,加熱至240,98.02.18 Profile,加熱至245,SMT Scope 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.,98.02.18 Profile,SMT Scope 迴焊模擬-PCB板&零件,加熱前,加熱至220,加熱至230,加熱至210,98.02.24 Profile,SMT Scope 迴焊模擬-PCB板&零件,冷卻至235,冷卻至225,加熱至240,98.02.24 Profile,加熱至245,SMT Scop

7、e 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.,98.02.24 Profile,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

8、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SMT Scope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),案 例 2BGA零件不良解析,說 明,NG Sample,OK Sample,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OK sample供分析。,SEM觀察,NG Sample,OK

9、 Sample,從SEM觀察錫球表面外觀，如下所示。可發現OK sample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NG sample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,如上頁所述，NG sample 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。,EDS分析,NG,OK,利用EDS進行錫球表面之成份分析；在OK sample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NG sample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

10、,另外，再針對NG sample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,針對NG sample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。,結 論,綜合以上之觀察與分析，歸納如下：1.在OK sample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NG sample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NG sample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。,