降低BGA焊点失效率的QC成果总结-板报版1

降低售后手机BGA焊接失效

的比率

深圳康佳通信科技有限公司BGA焊接QC小组未经允许，不得扩散内部公开一、概况况随着科学学技术的的发展和和人们消消费观念念的转变变，人们们对电器器产品的的要求不不再只是是满足某某一项特特定的需需求，更多地对对外观、、尺寸大大小、多多功能集集成等提提出了更更高的要要求，为为了满足足这一要要求，BGA封装的IC在电器产产品中得得到了广广泛应用用，而且且其集成成度越来来越高，，体积越越做越小小，对贴贴片精度度和焊接接的可靠靠性也提提出更高高的要求求；通信产品品的BGA一般都是是0.5、0.65mm的间距小小BGA,,售后产品品的BGA焊接失效效问题一一直是困困扰各大大厂商的的重大难难题，其其可维修修性相对对较差，，维修需需要特定定的工具具，维修修周期长长，直接接关系到到公司的的品牌声声誉和经经济效益益；降低低BGA焊接失效效的比率率也是我我司的迫迫切需求求。未经允许许，不得得扩散内内部部公开二、小组组简简介1、小组情情况：小组名称BGA焊接QC小组成立时间2005年2月课题名称降低售后手机BGA焊接失效的比率小组类型攻关型活动时间2005.2~2006.1小组学习情况接受TQC、TL9000和6sigma培训平均约为120课时；小组活动情况共活动17次使用工具头脑风暴法、系统图、点检表、DOE等未经允许许，不得得扩散内内部部公开2、小组成成员简介介序号姓名性别文化职务组内职务1杨春华男本科高级工艺工程师组长2贺大成男本科质管TQM工程师副组长3梁勇男本科SMT主管组员4谢水兴男本科SMT助理厂长组员5运治任男本科开发硬件工程师组员6易耀师男本科开发硬件工程师组员7孙小兰女大专制造二厂质量主管组员8袁永华男大专制造二厂技术主管组员9罗芳男大专品质部工程师组员未经允许许，不得得扩散内内部部公开QC活动流程程图6、制定对策7、对策实施5、要因确认10、巩固措施8、效果检验11、今后课题NOYes4、原因分析3、目标设定与可行性分析2、现状分析1、选题9、经济效益未经允许许，不得得扩散内内部部公开三、选题题理由制程能力提升手机正在朝小、薄和多功能的方向发展，PCB板的贴片密度会越来越高，BGA的封装尺寸将进一步缩小，制造难度也越来越高，相应的对制程能力的要求也越来越高；对早期返修机和保内维修机的分析中发现，属于BGA焊接问题引起的故障机约占总体故障机的10%—20%；而且这类故障机难以检测和维修，维修时BGA的报废率相当高，而BGA是手机最贵重的IC之一；成本控制国产手机经历了一个严冬，消费者对国产手机的质量状况普遍信心不足，在99-02年期间被国产手机占领的市场份额正一步步被产品质量问题所葬送，因BGA焊点失效引起的维修周期长、多次维修严重打击了消费者对国产手机的信心；市场压力降低售后手机BGA焊接失效的比率未经允许许，不得得扩散内内部部公开四、现状状调调查1、对2004年9月份至2005年1月份的售售后BGA焊接失效效情况统统计如下下表：月份失效率备注04年09月1.25%1、由于行业的特殊性，不宜公布各月份的零售数和售后焊接失效数等敏感数据；2、BGA焊接失效的定义：经过二厂排查完其他原因，确认为BGA问题，但是拆BGA后，测试BGA正常，则定义为BGA焊接失效;3、统计方法：04年10月0.80%04年11月1.11%04年12月0.66%05年01月1.05%平均0.86%未经允许许，不得得扩散内内部部公开2、BGA焊接失效效比率变变化趋势势图：未经允许许，不得得扩散内内部部公开五、目标标设定和和可行性性分析1、经过全全员讨论论，我们们设定了了活动目目标：早早期返修修BGA焊接失效效比率下下降到0.2%%；未经允许许，不得得扩散内内部部公开2、可行性性分析：：目标是可以实现的公司各级级领导重重视和支支持，小小组成员员具有强强烈的创创新意识识和开拓拓精神；；拥有一流流的SMT贴片设备备和检测测设备；；有多年的的手机研研发、生生产、维维修经验验。具有有一支技技术精湛湛，能打打硬仗的的技术队队伍；工人都经经过了严严格的培培训，具具有高品品质的调调整作业业能力；；对部分国内内一流手手机厂商商进行调调查，发发现有厂厂商能够够在1-2款机型上上达到早期返修修BGA焊接失效效比率≤0.2%%的目标；；未经允许许，不得得扩散内内部部公开六、活动动计计划1、由于这这个项目目是业内内的一大大难题，，而且由由于BGA焊接失效效的比率率为1%左右，需要验证证BGA焊接可靠靠性的试试验基本本上都是是破坏性性的试验验，而且且不能完完全模拟拟到用户户的实际际使用状状况，因此我们们选择了了售后质质量跟踪踪的形式式来对改改善效果果进行验验证，相相应的活活动周期期设定的的较长，，为1年时间；未经允许许，不得得扩散内内部部公开2、详细活活动计划划日期项目05.205.305.405.505.6-05.805.905.10-05.1206.1责任人主题选定全员了解现状全员确定目标全员制定活动计划贺大成初步原因分析全员研究对策实施全员阶段效果跟进孙小兰检讨并进一步提出对策并实施全员效果跟进孙小兰反省和以后的发展全员计划实际未经允许许，不得得扩散内内部部公开七、原因因分分析人机料法售后BGA焊接失效比率较高测温仪回流炉印刷锡膏厚度不均结构设计不合理温区不够精度不够锡膏印刷机贴片机贴片精度不够BGA焊盘小PCB刚度不够Ni-Au板焊点容易失效焊盘强度不够锡膏成分不是最佳操作不当培训不足环MSD处理不当SMT车间温湿度控制不到位未经允许许，不得得扩散内内部部公开八、要因因确确定

序号原因项目实际情况确认调查人结果01PCB板的刚度不够1、手机装配后只有边缘上有支撑点，而CPU的位置基本上都是在中部，刚度最小，在用户按键时PCBA板受力后变形最大，BGA焊点容易疲劳损坏；通过对50PCS故障板进行阻值测试，对6PCS故障板进行红墨水及切片试验发现失效焊点都集中在形变最大的两个边及两对角上。2、PCB板厚为0.8mm左右，PCB板较软；贺大成是主因02BGA焊盘偏小经测量BGA的Pad为0.25mm，经评估加大到0.316mm应该不会引起短路、连锡等质量问题，IC厂商基本认同这一观点，后续会考虑导入。杨春华以后可以考虑03锡膏成分不是最佳经过对几个知名品牌（Longtai,KOKI,ALPHA等）的锡膏做试验验证发现：焊接质量和这几种锡膏的相关性很小；所有小组成员非主因04PCB一侧的焊点强度不高在做6PCS的红墨水试验中发现：拔起BGA可以看到共有23个在PCB一侧的焊点断裂.（用的是M929进行试验，单个BGA焊点数为260个）；杨春华贺大成是主因05Ni-Au板焊点容易失效对早期返修的Ni-Au板拆卸BGA发现存在“blackpad”现象,导致BGA焊点过早失效；信息产业部第5研究所的切片实验发现BGA焊点的合金层同镍层之间有裂缝，判断为PCB制作采用化镍沉金ENIG制作工艺造成的BGA小焊盘出现“blackpad”隐患。杨春华是主因未经允许许，不得得扩散内内部部公开序号原因项目实际情况确认调查人结果06贴片机贴片精度不够我司使用的是松下的贴片机，经过厂家核准相关指标完全符合要求；谢水兴非主因07锡膏印刷厚度不均，部分焊盘的焊锡充满度不够经对印刷锡膏厚度的测试，其CPK为0.8左右，偏低；锡膏厚度不均会造成焊点成型大小不一致，受力不均，部分偏小焊点提前失效，影响焊接质量；贺大成罗芳是主因08回流炉的温区不够回流炉使用的是业界普遍使用的7温区回流炉。谢水兴非主因09测温仪的测温精度不够经过校准，测温仪的测试精度能够达到+/-0.3度，满足要求；梁勇非主因10人员培训不足对操作员工进行了书面和操作的考试，能够达到要求；谢水兴非主因11结构设计不合理按键的力度全部直接作用于PCB板上，没有避免PCB板的中部受力；运治任是主因12MSD处理不当湿敏感元件都已严格按照《湿敏感元件处理指引》执行。杨春华非主因13SMT车间温湿度控制不到位在SMT车间放置了5台抽湿机和单独的中央空调，通过温湿度仪长期监测，温度一直控制在24±2℃，湿度一直控制在40%-60%，完全符合要求；谢水兴非主因未经允许许，不得得扩散内内部部公开九、对策策研研究与与实实施1、经过认认真分析析、总结结，小组组一起制制定了如如下对策策表：序号要因责任人对策措施开始导入时间措施导入完成时间01PCB板的刚度不够易耀师运治任1、增加PCBA板装配后的支撑;2、把PCB的厚度从0.8mm加厚到1mm;05年4月05年5月02Ni-Au板焊点容易失效杨春华梁勇导入OSP板替代Ni-Au板05年4月05年5月03PCB一侧的焊点强度不高杨春华梁勇采用NSMD工艺替代SMD工艺，对BGA封装的IC进行底部填充处理；05年4月05年5月04锡膏印刷厚度不均，部分焊盘的焊锡充满度不够贺大成梁勇谢水兴调整印刷锡膏机的刮刀压力、刮刀速度、脱模速度和拼板支撑；把锡膏应刷作为关键工位，并做SPC控制；05年4月05年5月05结构设计不合理易耀师运治任在结构上避免按键力度直接作用于PCBA板上；05年4月05年5月未经允许许，不得得扩散内内部部公开2、各要因因的对策策实施情情况：a、PCB板的刚度度不够对策实施施①在手机后后壳上设设计塑胶胶凸棱，，在BGA的四周形成成支撑边边，如下下图所示示：后壳对PCBA形成牢固固的支撑撑，增强强PCBA的刚度；②把PCB板的厚度度从0.8mm加厚到1mm;;实施效果果①原来BGA的四边分分别到最最近支撑撑点的平平均距离离为：45mm；改善后，，BGA四边离最最近支撑边的的平均距距离分别别为：11mm；大大改善善了BGA焊盘处的的PCB刚度；②PCB板厚度加加厚到1mm改善了PCB板本身的的刚度；；53mm8mm未经允许许，不得得扩散内内部部公开b、Ni-Au板焊点容容易失效效对策实施施用OSP板替代Ni-Au板；实施效果果通过对OSP板的周转转板维修修发现:OSP板没有Ni-Au板存在的‘‘blackpad’’缺陷；但但是OSP板对生产产安排提提出了更更高的要要求：从从拆包装装到SMT贴片焊接接完成的的间隔要要小于8个小时，，经过工工艺调整整能够达达到要求求。c、PCB一侧的焊焊点强度度不高对策实施施1：把SMD工艺的焊焊盘改为为NSMD工艺的焊焊盘，如如下图所所示：改为

实施效果果1：根据IPC--7095,采用NSMD工艺使焊焊锡围绕绕在焊盘盘边缘可可以明显显改善焊焊点的可靠性。。（没有另外外安排试试验进行行验证）未经允许许，不得得扩散内内部部公开对策实施施2对BGA导入Underfill（底部填胶胶）工艺；实施效果果2避免了PCBA板受力变变形时BGA的局部形形变过大大，也对对焊点进进行了有有效的保保护；下下面是对对策实施施前后的的试验结结果：实验类型试验方法试验日期实验机状态和数量实验结果按键试验按键的力度为600gw,按键的次数为100000次，频率为60次/min；2005-5-12BGA未填胶10台4万次时已经有4台出现重启、死机等故障；其余6台试验正常；2005-5-13BGA填胶10台按键试验合格未经允许许，不得得扩散内内部部公开d、印刷锡高高的厚薄薄不均，，部分焊焊盘的焊焊锡充满满度不够够；对策实施施通过DOE试验发现现刮刀速速度和对对PCB板的支撑撑是关键键原因，，经过反反复试验验刮刀速速度为：：20mm/s左右为最最佳（不不同的板板子需要要微调）；对于支撑撑问题：：采用夹夹具进行行支撑，，把点支支撑变为为面支撑撑，限制制PCB板在印刷锡膏膏时的形形变；每两小时时抽2块拼板进进行测试试，记录录其测试试值并计计算Cpk。Cpk<1.3的工程师师必须检检查原因因并进行行调整参参数；实施效果果锡膏厚度度Cpk值基本上上都能够够达到1.33以上，满满足小组组设定的的要求，，下面是是4-5月份的印印刷锡膏膏厚度CPK走势图：：未经允许许，不得得扩散内内部部公开e、结构设计计不合理理对策实施施为了避免免按键力力直接作作用到PCBA板上，在在设计上上进行了了大胆的的创新，，把原本本设计在在PCB板上的按按键焊盘盘移到了了增加的的柔性电电路板上上，柔性性电路板板和PCBA间加上了了支撑钢钢片，把把按键力力度分布布到PCBA板的边缘缘；如下下图：实施效果果在模拟按按键试验验中可以以很明显显的看到到PCBA板的按键键形变大大大降低低；（但是由于于增加支支撑钢片片会增加加产品的的厚度，，这一措措施只能能在厚度度允许的的机型上上增加，，目前已已经在几几款产品品上成功功采用了了这一措措施。）PCB板按键弹片片支撑钢片片按键弹片片+柔性按键键板改善前改善后未经允许许，不得得扩散内内部部公开十、阶段段效效果确确认认1、跟踪对对策导入入后的产产品（只只对部分分产品进进行了全全面导入入）的市场反反馈，考考虑到通通信产品品的售后后反馈相相对较长长，我们们决定跟跟踪3个月来看看其效果果；下面面是跟进进05年6月至8月的数据据：月份改善品零售数据当月改善品早期退换期内的BGA焊接失效数焊接失效比率05年6月份1654035290.32%05年7月份1943925440.28%05年8月份2185975030.23%合计57839215760.27%2、从上面面的数据据可以看看出，售售后反馈馈BGA失效的比比率已经经有大幅幅度的下下降，但但是尚未未达到我我们最初初设定的的目标——0..2%；未经允许许，不得得扩散内内部部公开十一、检检讨与进进一步对对策1、对市场场上返回回BGA焊接失效效的不良良品分析析发现大大部分是是因为BGA的部分焊焊点有气气泡，降降低了BGA的焊接强强度；经经小组讨讨论和实实际验证证找到主主因如下下：预热温度度及预热热时间设设置不当当，包裹在在锡点中中的空气气和助焊焊剂不能能够完全全挥发；；BGA焊焊盘有盲盲孔设计计，在回回流焊接接时也容容易形成成气泡；；焊点气泡未经允许许，不得得扩散内内部部公开2、对策和和措施实实施序号主因责任人对策措施导入时间措施完成时间1预热温度及预热时间设置不当，包裹在锡点中的空气和助焊剂不能够完全挥发；杨春华谢水兴做试验确定最佳炉温曲线（适当延长预热时间），通过x-ray机检查气泡情况；05.09.0205.09.102BGA焊盘有盲孔设计，在回流焊接时也容易形成气泡；运治任易耀师在PCB板设计上避免在焊盘上设计盲孔05.09.1005.09.28改善前Profile设置改善后Profile设置未经允许许，不得得扩散内内部部公开3、实施效效果有效地控控制了气气泡的大大小和数数量；改善前改善后未经允许许，不得得扩散内内部部公开十二、效效果确确认认跟踪对策策导入后后的产品品（全部部产品导导入完成成）的市场反反馈，下下面是跟跟进05年10月至12月的早期期返修期期内的BGA焊接失效效的数据据：月份焊接失效比率备注05年10月份0.15%1、由于行业的特殊性，不宜公布各月份的零售数和售后焊接失效数等敏感数据；2、BGA焊接失效的定义：经过二厂排查完其他原因，确认为BGA问题，但是拆BGA后，测试BGA正常，则定义为BGA焊接失效;3、统计方法：05年11月份0.20%05年12月份0.18%平均0.17%未经允许许，不得得扩散内内部部公开活动前后后BGA早期失效效比率对对比图：：目标达成成未经允许许，不得得扩散内内部部公开十三、效效益益1、有形效效益1.1、一台早期期返修机机，包括括运费、、维修费费用、物物料损耗耗等，平平均一台台BGA失效的费用在在100元左右，，以每月月销售50万台计算算，为公公司节省省的费用用为：500000**100*（0.86%-0.17%）=69000元；1.2、为包内内维修也也节省了了很大一一部分的的费用，，据估算算一个月月节约的的费用在在50000元以上；；2、无形效效益2.1、降低了了售后BGA失效的比比率，提提升了产产品品质质，提高高了用户户的满意意度，赢得了良良好的声声誉，进进而为增增加销量量铺平了了道路。。2.2、全体组组员增强强了团队队意识、、质量意意识；提提高了分分析问题题、解决决问题的的能力，吸引引了更多多的人员员参与到到QC活动中来来；未经允许许，不得得扩散内内部部公开2.3、小组成成员通过过使用雷雷达图进进行了效效果自我我评价如如下：备注：总总分为100分。项目活