PCBA生产应注意事项论述[通用]

1、PCBA生产应注意事项论述目錄一、BGA Rework 注意事項二、製程ESD / EOS 防護技術三、IC故障分析 ( Failure Analysis )四、RMA退貨處理及更換良品之注意事項一、BGA Rework 注意事項1.1 BGA拆封後注意事項1.2 SAT for BGA 1.3 ummary of transmission X-Ray diagnostic capability1.4 當BGA需要做整修 (Rework)救回程序1.5 Reflow Profile1.6 BGA (Rework)救回程序流程圖1.7 VT8633 Ball-Out Definition 1.1

2、 BGA拆封後注意事項BGA包裝產品拆封後，常見的儲存及掌控時間72小時是最大值(假如環境濕度60%RH)。拆封後超過72小時尚未使用完的IC元件，必須再烘烤125C, 12小時後，才可使用或密封包裝儲存。BGA 並非全密封式包裝，它的結構容易在儲存階段吸入濕氣，若之後在熔焊爐內迅速加熱，封裝體內的濕氣被蒸發而產生應力，造成封裝體裂開(即為“爆米花效應” Popcorn及“脫層效應”Delamination effect)。(1) Normal BGA DevicesGold WireChip DieSilver EpoxyMolding CompoundSubstrateSolder Bal

3、l(2) Popcorn or Delam BGA due to Moisture Vaporization during Heating in SMT or RemovalDelamination VoidMoisture(3) Popcorn or Delam BGA due to Plastic Stress FailureCollapsed VoidCrack1.2 SAT (Scanner Acoustic Tomography) for BGA Delamination or Popcorn BGA Devices, and Red area meansVoid or Moistu

4、re areaNormal BGA Devices1.3 Summary of transmission X-Ray diagnostic capabilityFailure ModeRoot CauseEase of Detection Rating1 ( easy ) 35 ( hard )ShortsTweaking1ShortsDebris1ShortsExcess Paste1ShortsPopcorning1OpensPopcorning2ShortsPoor Rework1OpensPoor Rework3OpensPlacement1OpensMissing Ball1Open

5、sPCB Warp3OpensNo Paste4OpensDewet Pad5OpensNonwet Bump5VoidsReflow/Flux1Cold JointsReflow13.4.1 從主機板上移除BGA元件時： 主機板須先經烘烤100 ，12小時後，才可執行移除 BGA。(而烘烤目的主要是消除BGA結構內濕氣存在,防止Popcorn問題)3.4.2 BGA拆下後，進行BGA重新植球程序： 利用清潔劑或酒精清除焊墊雜質、氧化物焊墊塗上助焊劑(膏)重新植球 Reflow BGA植球完成。3.4.3BGA重新置放回主機板程序： 主機板BGA焊墊清理鋼板對位，上錫膏真空吸盤吸取BGA影像對

6、位(對準焊墊)BGA置放將熱風罩罩住BGA 進行Reflow 完成流焊。1.4 當BGA需要做整修 (Rework)救回程序在Reflow Process 一般係以四段溫度區 Profile控制： 1. 預熱區 ( Preheat Zone ) 2. 恆溫區 ( Soak Zone ) 3. 迴焊區 ( Reflow Zone ) 4. 冷卻區 ( Cooling Zone ) 針對BGA Chip採密閉式加溫,溫度可控制於 3 ,不影響鄰近零件。 Reflow process : 利用視窗操作軟體，可全程監控溫度曲線圖。1.5 Reflow ProfileThe Mount-Back Pro

7、file of VT82C686B for VIA BGA Rework Machine ( Vendor : Martin , Model # : MB1100 )1.6 BGA (Rework)救回程序流程圖： StartIC被使用過？目檢及 DVM 檢測(1) Popcorn Failure ?(2) Vcc-to-GND O/S failure ?烘烤去錫球清洗植球檢查BGA重工植球合格？清洗Bench Board Test OKYesNoNoYes, have popcorn or Vcc-GND O/S failureYesNoBench Board 測試不良品目檢IC底材是否有隆

8、起浮出之現象烘烤溫度：125C烘烤時間：12HRS於清潔液浸泡2分鐘並以抗靜電刷及乾布擦拭底材。使用烙鐵與吸錫線去除錫球，若有氧化的Pad，需使用錫絲使其重新沾錫。使用植球治具與加熱器。溫度設定：240C加熱時間：3分鐘冷卻時間：1分鍾目檢BGA否有漏球或錫球溶錫不良於清潔液浸泡2分鐘並以乾布擦拭。END1.7 VT8633 Ball-Out Definition 二、製程ESD / EOS 防護技術2.1 EOS / ESD 簡介2.2 EOS的起因2.3 EOS的預防2.4 EOS 稽核查檢表 (範例) 2.5 ESD 的起因2.6 降低靜電電壓的來源2.7 執行持久性的訓練和改善EOS

9、: 電壓過應力 (Electrical Over Stress)ESD : 靜電放電 (Electrostatic Discharge) 1.電壓過應力(EOS)和靜電放電(ESD)是造成金屬氧化 物半導體(CMOS)最普通的故障模式。 2.根據 VIA 2001年RMA 分析，所有電子系統故障的9% 是因EOS和ESD引起。 3.市場不良分析報告顯示EOS和ESD所導致的不良佔前三位 ( IC Product)。 2.1 EOS / ESD 簡介： 4.由於IC外形，線寬等設計越來越薄，細，使IC更易受EOS及ESD的破壞。 5. ESD會引起潛在的不良(如短路造成漏電流100A )而無法在

10、工廠製程上發現，但在市場上卻出現毀滅性的不良。 Source : VIA RMA Analysis , 20016.何謂EOS及種類 EOS : Electrical Over Stress來源廣，時間較長。 系統暫態脈波 (STP) 閃電 (LIGHTNING) 靜電放電 (ESD) 電磁脈波 (EMP) 在高電流和短時間時，熱無法快速流過氧化物(SiO2)，故金屬化合物熔化。在長脈波寬度和低電力時，熱有足夠的時間流過氧化物，終致熔化電線。2.2.1 不正確的工作程序 a. 無標準工作程序 ( SOP)。 b. 零件方向(極性)錯誤。 c. 開機時，裝置移離零件。 d. 基板裝配品，系統未完

11、全連結就供電。 2.2.2 無EOS管制設備，特別是在雜訊生產環境 : 故應具備 a. 電源穩壓器 & b. 電源濾波器 在多台高電力設備同時運作下，交流電源線最易產生暫態火花。 2.2 EOS的起因：2.2.3 不適當地測試零件或基板 a. 快速切換開關。 b. 不正確的測試程序，如IC未加電壓之前便輸入信 號。 c. 電壓力測試設計不當，致預燒(Burn-In)對敏感零 件產生過應力。2.2.4 使用不好的電源供應器 a. 特別是轉換式電源供應器，如設計不當會成為雜 訊產生源。 b. 無過電壓(over voltage)保護線路。 c. 電源濾波不足。2.2.5 無適當的設備保養和電源監測

12、 a. 設備未接地 (注意:如 SMT/CLEANING/ICT/錫爐/ 拆焊機/電烙鐵設備. )。 b. 接點鬆動引起斷續事故。 c. 電源線管理不當或未注意防止線材絕緣不良,造 成漏電。 d. 未監測交流電源的暫態電壓或雜訊。 e. 供給產品測試用的電源供應器電壓輸出功能無 適當之校驗機制。d. 暫態抑制不足。e. 保險絲選擇不當，未能提供適當的保護。2.2.6 EOS 不良品分析圖片：Serious Burn out area by EOSa. EOS 嚴重燒毀之外觀不良 IC 圖片：VDD-5VSTB core (Metal 2) of VT82C586B was serious bu

13、rned out Burn-out spotGND core (Metal 3) of VT82C586B was burned out b. EOS 嚴重燒毀之Chip F.A. 圖片(1)：c. EOS 嚴重燒毀之 Chip F.A. 圖片(2)GND and VCC 3.3V of VT82C598MVP were serious burned out.1. 建立和裝置適當的工作程序。2. 定期地執行交流電源的監測，必要時裝置EOS管 制設備(如濾波線路，暫態抑制線路)，及電源設備校驗。 3. 確保適當地測試IC、基板等。 a. 審查測試計劃，是否有快速切換開關，不正確的測試程序。 b.

14、 從零件供應商取得最安全的定額率，以確保它們完全不會被過度驅動。 c. 確保適當地設計可靠度應力測試，特別是 Burn-In2.3 EOS的預防d. 確認排除/降低大於200 mv的雜訊。e. 用突波吸收器(surge absorber)來箝制電壓火花。 4. 用好的電源供應器(SPS) a. 過電壓防護 (注意+5V輸出：應在5.76.7V保護) b. 適當的散熱能力。 c. 在重要位置要使用保險絲。 5. 工廠須維持嚴密的設備/治具/轉接卡(金手指)保養制 度，並每日點檢 : a. 設備各部份皆適當地接地。b. 無鬆動連接。c. 輸出功能正常。(注意:電源供應器建議每6個月校驗1次) d.

15、 設備漏電檢查 (注意:高電力設備如錫爐, 清洗機,拆焊機, 電烙鐵. ).檢查設備金屬外殼對電源接地端是否 0.3 Vac ?e. 轉接卡接觸點(金手指)檢查是否有近似短路之情形1 基板裝配 : 是 否 a. 產品是否裝在正確的位置? - - b. 產品是否在加電壓前便適當地裝進插座? - - c. 產品未在加電壓時裝入或移開? - - d. 電烙鐵, 錫爐, 拆焊機, 清洗機設備漏電檢查正常? ( 0.3Vac =) - - 備註: 2.4 EOS 稽核查檢表 (範例) A.稽核員 :B. 站別 :C. 稽核日期 : 年 月 日 D. 稽核時間 : 時 分E. 確認者 :2 交流電源 :

16、是 否 a. 很多高電力機器共用一電源,可能會產生突波, 暫態? - - b. 現有設備易受電壓火花或暫態影響? - - c. 經常發生電壓跳動? - - d. 任何電源開關, 插座無鬆動連接? - -備註: 3 系統環境 : 是 否 a. 是否裝置過電壓保護線路? - - b. 保險絲的定額值正確嗎? - - c. 雜訊程度是否大於200 mv ? - - 備註: 4 電性測試 : 是 否 a. 加電壓的順序正確嗎? - - b. 現有測試程序中, 是否有快速切換開關? - - c. 測試參數是否超過規格界限值? - - d. 轉接卡, 記憶體卡接觸點 (金手指)無近似短路之情形? - -備

17、註:1. 不適當描述零件對ESD的敏感度。 產生源濕度10 -20% RH濕度 65-90% RH走過地毯35,000 V1,500 V走過粗帆布12,000 V250 V在工作檯工作6,000 V100 V塑膠套中的紙張7,000 V600 V拿起一只塑膠套20,000 V1,200 V 布套椅子18,000V15,00V本表節錄自美國國防部，軍規手冊(MIL-STD) 263.1987 靜電可能產生的電位2.5 ESD 的起因：Charged Device Model C approx. 3 pF R approx. 25 ohms () L approx. 10nHHuman Body

18、Model C = 100 pF R = 1500 ohms ()Machine ModelC = 200 pF L = 0.75 HESD Model (1) The Human Body Model (HBM) is the ESD testing standard, andis defined in the MIL-STD-883C method 3015.7. It representsa charged person touching agrounded device. It is the originalmodel used to simulate ESDdamage by a h

19、uman, and is themost well known. EOS/ESDAssociation Standard S5.1 1993describes use of the HBM for device classification .(2) The Machine Model (MM) represents a worst case HBM. It provide more realisticsimulation of actual damage normally obtained from a person holding a tool. EOS/ESDAssociation Dr

20、aft Standard DS5.2 1993 describes use of the HBM for device classificationand has been released for comment.(3) The Charged Device Model (CDM) simulates the damage resulting from a charged devicecontacting a metal grounded surface. This failure mode is very damaging and is associatedwith automated h

21、andling equipment and use of dip tubes. EOS/ESD Association DraftStandard DS5.3 1993 describes use of the CDM for device classification and has beenreleased for comment.2. ESD保護線路不適當。3. ESD管制不足。 a. 作業員未戴抗靜電環(接地腕帶)接觸IC。 b. 缺乏對所用材料的防靜電管制。 c. 工作站未接地。 d. 自動化系統的設計不當，致引起充電裝置模式失效，Ex : ICT, ATE, SMT Chip Se

22、t 不良高。 e. 濕度低 (30% RH, 如在寒冷乾燥環境)。 4. 缺乏ESD警覺意識和訓練。 (可依JESD625-A及IPC-A-610C標準規範教育訓練)SEM photo of drain/gate diffusion edge damageSEM photo of silicon melting due to current filamentation in a nMOS output transistorSEM photo showing holes at the silicon to field oxide interface in the drain diffusion

23、of an FOD protection deviceSEM photo of an nMOS transistor in an output buffer showing damage at the drain/gate diffusion edge.5. ESD 不良品分析圖片：The SEM photograph of the contact burn out at ESD protection circuit of pad 60 (Lvref) forVT3091A devicePad60(Lvref)Poly gatePoly gatea. VT3091A ESD_HBM pad60

24、(Lvref) failSEM photo of damage due to a polycrystalline filament in a trick oxide device.SEM photo of a contact hole in the drain diffusion of an output transistor showing contact spiking.b. VT3091A ESD_HBM pad63(VCC2) failThe OM and SEM photograph of the poly burn out at pad63 (VCC2) for VT3091A d

25、evicePad63(VCC2)Pad63(VCC2)Poly layer1. 人 (注意：人體感染靜電可能超過 3000V)。 a. 戴抗靜電環(接地腕帶) (註：靜電放電時，約在1s 1ns時間內電荷消失)。 b. 或穿導電衣、鞋。(表面阻抗在10E5 10E9 歐姆) 2. 廣泛使用抗靜電或導電的直接材料和間接材料。3. 建立靜電安全工作站、區。4. 確保設備不會產生200V以上的靜電電壓。5. 工廠環境維持相對濕度在40%RH 60% RH。6. 使用空氣游離器(Air Ionizers),使靜電壓衰減至 35v。 2.6 降低靜電電壓的來源 項 目 電 阻 值1 腕帶到插頭 / 夾子

26、 500K 10M2 工作桌面接地線到接地 1M 250 K3 地氈接地線到接地 1M 250 K4 設備外殼到接地 1.0 5 接地方塊到接地 1.0 6 工作桌面的按扣到按扣 1.0 7 電烙鐵銲接頭到接地 1.0 彙整靜電放電保護設備的規格 銲錫和拆焊機設備之交流電評估用三用電錶量其尖部到電源線上接地插頭之間的電阻值，此值應小於 1(在未通電時);在通電時,烙鐵頭至電源接地點間交流電壓值應小於0.3VAC. (參考 : IPC-A-610C , 3.1)1. 確保工作人員的警覺意識和訓練。2. 確保有效執行ESD防護及每日/周/季/半年點檢。3. 不斷改善ESD管理和易受ESD影響的零件

27、。2.7 執行持久性的訓練和改善 ESD 防護定期檢查事項(根據 JESD625-A, page 9)三、 IC故障分析 ( Failure Analysis )1. 為得真正的不良原因，需做失效分析。2. 某些明顯的特徵可用來區別 EOS 或 ESD不良。3. 大部份的 EOS不良都是很明顯的接合線開路、燃燒痕跡4. ESD不良是很細小的，不易找出。5. 因應IC製程技術不斷創新,相對地 F.A技術亦須提高。Receive return samplesExternal VisualPass to subcontractorScanning Acoustic Tomography (SAT)B

28、aking 12 hours, 125Re-ballFunction test (ATE)Test on Bench BoardReturn samples to customerAnalyze failure modeDownload datalogF/A report F/AF/A (X-Ray,Decap)PassFailPassFailPassFail6.The analysis flow of return samples is as follows : 附錄 : VLSI製程測定評估項目和量測法1. Purpose 目的： Illustrate the RMA analysis and exchange criteria of VIAs QA department. 說明 VIAs QA 部門針對客戶RMA退貨的分析、換貨處理原則。2. Notices for handling 處理注意事項：請客戶RMA單位依據的IC 正印資料予以分類，但是生產週期（Date Code）超過現在 18個月者，由