BGA焊接品质分析_改善.ppt

1、PCEG DMD(I) ENGINEERING DEPARTMENT,BGA焊接品質研究及改善,2002 5/28 AMF發生2PCS NIC FAILURE, 國外對此分析,未找到不良原因. 5/30 AMF送回 3PCS不良板作分析. DMD重新測試ICT 結果OK; 重測FVS發現時而OK.時而NG,起因,是否有規律呢? 我們收集不良數据以便層別.,廠內 國外均有發現此類不良,為何我們不能完全測出? 不良情形到底如何呢? 我們決定去實驗室作CROSS SECTION分析,數据匯整,匯整國外資料,5月份共交貨215,353, 此種不良共 37PCS,約176PPM 廠內NIC FAILUR

2、E共64PCS,304PPM,切片分析,對BGA作CROSSS ECTION分析,發現兩种不良狀況,在BGA本體部分出現“錫肩”,存在明顯焊接分層現象,焊錫角90O,BGA出現CRACK,斷裂面 在IMC層,斷裂面不規則,BGA PAD COPPER,為何ICT FVS不能完全測出,BGA PAD COPPER,我們在測試時會對BGA施加壓力,導致其斷裂面接触,從而引起時好 時壞的現象. 無法100%測試出來,不良的ROOT CAUSE是什麼呢?,第一種不良分析,錫肩外形規則,且出現在分層 面,初步判定為BGA封裝時不良,焊錫角90O 說明BGA本體 PAD吃錫不良,小結: 原材不良, 需進一

3、步确認,BGA原材料确認,加熱,將BGA錫球取下,發現BGA本 體PAD焊錫性不良,出現 DEWETTING現象,發現BGA來料錫球壓傷,多球, 少球,露銅,氧化等多种不良,小結: BGA的确來料不良.,(INTEL無此類標准),INTEL標准: 錫球共面性要求:高低差8mil,預防對策,1.訂定BGA外觀檢驗標准,IQC不定期抽檢 (因其為溫濕度敏感元件,使用前不便于拆封),2.范用機貼裝前檢驗,BGA來料不良改善,: PASS 此不良信息及不良樣品給INTEL要求其改善,效果确認: D/C 0242后BGA品質有明顯改善,小結: 改善后不良率200PPM,BGA CRACK要因分析,為何

4、B G A會斷裂,人,機,料,法,訓練不足,未依SOP作業,紀律性問題,ICT測試治具不良,FVS測試治具不良,插件 維修治具不良,PCB HANDLING 方法不當,流板方法不當,迴流焊溫度不當,波峰焊接溫度不當,印刷錫膏不良,貼裝不良,來料不良,物料儲存不當,物料使用不當,PROCESS CHECK,錫膏印刷,錫膏厚度0.1480.160MM 良好 鋼板刮印干淨 張力40N/CM 刮刀無變形 錫膏開封后使用時間控制在3小時內,零件貼裝,NOZZLE 選用正确 #4 真空吸力正常: -80 貼裝品質OK,PROCESS CHECK,REFLOW PROFILE,Typical Oven Re

5、flow Profile,183C,slope 3C/sec,peak temp. 205-225 deg C target 218 deg C,time liquidus,40-90 seconds,Board Temp.,slope 3C/sec,實際: 升溫斜率2OC 均溫時間:72秒 PEAK值: 215OC 降溫斜率:3OC,OK,PROCESS CHECK,ICT FVS STRAIN GAGE,測試結果450u 業界標准500u,OK,CALL 供應商INTEL 工程人員來廠處理,無結果!,BGA CRACK分析之一,斷裂界面發生在IMC層,斷裂界面,樹枝狀晶粒突出表面,BGA

6、CRACK分析,BGA CRACK分析之二,IMC 晶粒粗大,BGA CRACK分析,BGA CRACK分析之三,Breaking interface,斷裂界面出現在IMC層.IMC層晶粒粗大,出現樹枝狀晶格排列,由冶金原理可知,晶粒愈大則其机械強度愈低,從而導致CRACK机率增大,什麼原因導致IMC層晶粒粗大呢?,斷裂處情形,BGA CRACK分析,BGA CRACK分析之四,晶粒粗大的原因是IMC層晶粒成長時間過長(冶金學),AFTER REFLOW,AFTER WAVE SOLDER,晶粒細密,規則,錫球完全與 BGA焊墊結合,良好IMC層,晶粒粗大成樹枝狀,IMC層成型 惡化.錫球不完

7、全與BGA銲墊結合,結論: 波峰焊制程影響IMC層晶粒大小及品質,BGA CRACK分析,BGA CRACK分析之四,迴流焊后IMC層晶粒,波峰焊后IMC層晶粒,結論: 波峰焊制程影響IMC層晶粒大小及品質,BGA CRACK分析,BGA CRACK分析之五,160oC,170oC,180oC,190oC,De-Wet BGA OJ,PCB PAD易裂,PCB PAD有凹陷,BGA PAD有凹陷,IMC層強度較弱,BGA PAD焊錫性減弱並IMC強度減弱,BGA PAD DE-WETTING,BGA焊接品質良好,IMC層強度開始變弱,試驗結果表明: 在波峰焊制程中, BGA錫球溫度峰值在160

8、OC以下時不影響錫球焊接品質!,BGA CRACK分析,對策及實施,對策,控制波峰焊溫度對BGA的影響,HOW TO DO?,波峰焊如何影響BGA焊接?,客戶設計不良,BGA區域有大量VIA通孔,熱空气直接從此通過對錫球加熱,如何改善此現象呢?,對策及實施,改善CARRIER,阻 擋熱空气對BGA直 接加熱,如何改善?,對策及實施,知難 行易!,對策及實施,對策實施,改善前:PEAK 178OC,改善后:PEAK 110OC,效果确認,IMC層晶粒均勻,細密,焊接品質良好 從金相學來講,晶粒愈細密,其機械電器性能愈好 從焊錫原理來講,晶粒愈細密,其電器性能愈佳,效果确認,BGA 焊接不良率從2

9、500PPM下降到200PPM以下.,內部BGA不良改善,標準化,轉換為LESSON LEARN WAVE SOLDER載具標準化,寫入載具制作辦法中 INTEL治具同樣改善完畢,全面實施.,知其然,知其所以然方為知識!,INTEL 對此給予肯定並用此經驗協助ASUS處理此異常,Intel CQE工程師來函感謝,我們所發現的技術協助他們解決了長久解決不了 的問題.,Tin-Lead alloy phase Diagram,50OC,150,100,100,50OC,150,200,200,250,250,300,300,350OC,350OC,Sn 100,90,70,80,60,50,40,

10、30,20,10,0,Pb,Sn% (WT%),37,液體 Liquid range,半熔狀態Pasty range,半熔狀態Pasty range,固體 Solid range,共晶點EUTECTIC,Sn 19.5%,Sn 97.5%,液相線 LIQUIDUS,液相線 LIQUIDUS,A,B,C,D 232,E,327,183,真空包埋成份比例: 環氧樹脂VS固化劑 5:1,H2NO3,MONTH,一,二,三,四,五,六,七,八,九,十,十一,十二,Plan,402,386,285,680,266,748,500,217,217,914,346,122,627,243,305,069,4

11、07,139,427,834,340,889,494434,Actual,398,745,275,382,253,807,334,956,215,353,342,602,636,432,306,482,405,023,427,657,338,869,491537,2002年度各月生產計划與實際達成狀況比較,Q4 TOTAL OUTPUT: 1,258,063PCS 北橋: 16.5$ 南僑:16$ LANCHIP: 10$ 原不良率以2000PPM計算:,1258063*0.002*(10$+16$+16.5$)=106935$,DOE Recommended Profile,Key Data

12、 Points Liquidus dwell 60s (preferably 30 s) Pre-spike dwell 90 s Heating ramp 2-4 C/sec Cooling ramp 3-5 C/sec Bandwidth 10 C (Delta between profile curves) O2 Environment 20 ppm,DOE Recommended Profile,Room Temp = 25 C,Flux Activation Temp = 150 C,Solder Reflow Temp = 183 C,Spike Temp 220 C,4.5 Min =/- 0.5 min, 30 - 60 sec, 90 - 120 sec,Temp Ramp = 2-4 C/sec,Cool Ramp = 3-5 C/sec,DOE Recommended Profile,Profile Changes Belt Speed:Slow to 55 cm/min Increase Initial ramp Flatten soak ramp Lower zone 6 (board should be below 183 C) I