案例背景

PCBA元器件發(fā)生脫落現(xiàn)象，據(jù)此進(jìn)行試驗(yàn)分析，查找失效原因。

#1樣品BGA脫落;#2樣品BGA有微裂紋(未偏位);#3樣品FPC空板(未貼裝器件)。

分析過程

#1樣品

#1樣品外觀圖

剝離面分析

SEM剝離面形貌分析

#1-1：

#1-2：

說明：從表面殘留焊錫及斷面狀態(tài)分析，存在有河流花樣及解理臺階，判斷其為解理斷裂，即脆性斷裂。

EDS成分分析

說明: 對#1-1焊盤進(jìn)行EDS分析，主要檢出Sn、Ni、P、Cu元素，其中P含量高達(dá)15%左右。

PCB鍍層的分析

PCB鍍層(Pd鈀)的分析：選取邦定芯片的一個(gè)pin位置，采用化學(xué)褪金后觀察Pd表面的晶格狀態(tài)。

說明：#1樣品褪金后Pb層的晶格狀態(tài)分析：晶格致密、平整，晶粒間無空洞或縫隙，無異常。

#2樣品

#2樣品外觀圖

1.外觀分析

#整體圖示

2-1號焊點(diǎn)

2-4號焊點(diǎn)

3-1號焊點(diǎn)

說明：#2樣品上側(cè)(靠近玻璃芯片處)的焊球(①、③)與基板起翹分離。②、④焊球未見明顯異常。

2.斷面分析

金相分析

說明： #2樣品的①、②焊點(diǎn)切片斷面金相分析，焊點(diǎn)① 焊球與焊盤開裂，呈分離狀態(tài)，開裂縫隙由外向內(nèi)(芯片端→PCB邊緣端)變小。

SEM分析

#焊點(diǎn)①斷裂兩側(cè)狀態(tài)分析

說明：焊盤為SMD類型，從焊點(diǎn)兩側(cè)斷裂狀態(tài)可見，存在焊錫受阻焊膜壓迫形成臺階現(xiàn)象，以及焊錫與阻焊膜之間存在應(yīng)力殘留的結(jié)構(gòu)特征。兩邊緣開裂位置基本都在富磷層。

小課堂：BGA焊盤兩種定義方式

1.阻膜定義(SMD)：

焊盤的尺寸要比非阻焊掩膜大，再流焊接后，熔化的焊料球接觸阻焊掩膜。

主要問題是由SMD焊點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力集中，這是造成焊點(diǎn)失效及可靠性變?nèi)醯钠鹨颉?/p>

2.非阻焊定義(NSMD)：

掩膜的開口要比銅箔焊盤大，所以在再流之后，焊料球不會接觸阻焊掩膜。

#焊點(diǎn)②焊接狀態(tài)分析：

說明：#2樣品的焊點(diǎn)②狀態(tài)良好，IMC層連續(xù)、均勻，平均厚度為1.58μm，富磷層0.17um。

EDS成分分析

說明: 對焊點(diǎn)①進(jìn)行EDS分析，主要檢出Sn、Ni、P、Cu元素，其中富磷層P含量在10.5%左右，Ni層P含量在8.5%左右。

#3樣品

Ni/Pd/Au鍍層厚度分析

#Ni/Pd/Au厚度：

注：厚度單位為μm。

說明：從上記檢測結(jié)果可見：Au平均厚度：0.0925um;Pd平均厚度：0.0875um;Ni平均厚度：6.275um。

鎳鈀金工藝鍍層Au、Pd厚度一般要求在0.08μm左右，上記結(jié)果符合要求。

分析結(jié)果

綜合以上檢測信息，針對BGA焊點(diǎn)裂紋失效解析如下：

1. 通過對#1樣品BGA剝離后的斷口分析，有明顯的脆性斷裂特征(平整、河流花樣、解理臺階)，說明該斷裂是由應(yīng)力導(dǎo)致的瞬時(shí)沖擊形成(原始狀態(tài))。

2.通過對剝離面的EDS分析，P含量高達(dá)15%左右(#1樣)，切片斷面的分析，富磷層的P含量在10.5%左右(#2樣)，說明斷裂位置部分處于富磷層。

3.通過切片斷面的分析，斷裂界面出現(xiàn)在IMC層及富磷層，斷裂裂紋為上下契合狀，進(jìn)一步說明了焊點(diǎn)是受到應(yīng)力導(dǎo)致斷裂。同時(shí)，F(xiàn)PC采用SMD焊盤結(jié)構(gòu)，焊盤上覆蓋的阻焊膜使BGA焊點(diǎn)與阻焊膜接觸的位置形成了應(yīng)力集中點(diǎn)(同時(shí)也可能有焊接時(shí)的應(yīng)力殘留未釋放)，在受到外部應(yīng)力作用時(shí)，該位置易被突破。

分析結(jié)論：根據(jù)以上綜合分析，造成焊點(diǎn)斷裂的原因判斷為，F(xiàn)PC受到應(yīng)力作用，同時(shí)BGA焊點(diǎn)位置由于SMD焊盤設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有應(yīng)力集中的缺陷，從而造成BGA在受到一定程度的應(yīng)力后出現(xiàn)裂紋失效。

改善方案

結(jié)合樣品的工藝流程分析，初步推斷超聲清洗工程可能存在應(yīng)力作用。BGA類產(chǎn)品，對應(yīng)力作用比較敏感。

FPC清洗時(shí)，BGA所處的不同深度、不同位置受到的應(yīng)力作用可能不同。建議從超聲清洗工藝進(jìn)行驗(yàn)證排查，找到合適的清洗條件(頻率、溫度)。

新陽檢測中心有話說：

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審核編輯：湯梓紅