BGA 设计,制程&焊接问题分析

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1、BGA設計,製程及焊接問題分析PreparedBy:ForrestyouDate:2013.03.11內容:1.BGA的定義及類型;2.PCBAdesign;3.BGA檢查方法;4.問題分類及原因分析;BGA的製造流程示意圖或flipchipprocess3BGApackagemanufacturingprocess4BGACross-section:5BGA錫球的成型方式6BGA封裝的發展:PoP/Stackdie的目的?7BGA錫球的防潮要求:BGA零件為何要採取防潮包裝?受潮後的失效模式?8BGA錫球的防潮要

2、求:BGA封裝的吸濕性.9Popcorn:受潮或多次reworkPopcorningcausestheBGApackagetoexpandbelowthedie;resultinginanincreaseinsize(andpossiblybridging)ofthesolderballsinthecenterofthepackageastheyaresquishedbetweenthepackageandtheboard.10BGAVIAPad與PCBPad設計要求11BGA/CSP的置件精度問題:NormalB

3、GA:1.5mm/1.27mm/1.0mm/0.8mm/0.5mmPitchmicroBGA/CSP:0.4mm/0.3mm/0.25mm/0.2mmPitch12BGAPad設計的差異:SMDorNon-SMD?13BGAReflow視頻14BGA不良檢測&分析方法:SideviewX-rayCSAMCross-section案例:PoPBGA(下層BGA)Open15BGA製程不良:Mountingshift置件位移Open16BGA製程不良:Reflow溫度不足或時間不夠從BGAsolderjoint高度判

4、斷reflow溫度是否足夠.17BGA的不良類型----原材不良1.缺錫球2.錫球的平整度IPC定義的平整度要求:0.30mmball=0.08mm(ccc)0.40mmball=0.10mm(ccc)0.50mmball=0.12mm(ccc)18良好焊接的要素:IMC19良好焊接的要素:IMCIMC经验厚度2～5um且需均匀生长IMC太厚,材料特性会脆化IMC太薄,附着力不足易开裂20BGA空焊原因:PCBPad拒焊(Pad氧化或表面污染等因素)2122BGA不良檢測方法:紅墨水實驗23紅墨水評估方法24BGA

5、焊點開裂案例:---BlackPad在焊接过程中，Sn与Ni反应生成Sn/Ni化合物，而镍层中的磷不参与合金反应，因此多余的磷原子则会留在镍层和合金层界面，过多的P在镍和IMC界面富集将形成黑色的富磷（P-Rich）层，同时，存在的镍层腐蚀会影响焊料与镍层的结合，富磷层和镍层腐蚀的存在会降低焊点与焊盘之间的结合强度；当焊点在组装过程中受到应力时，会在焊点强度最弱处发生开裂，BGA封装角部焊点由于远离中心点，承受的应力更大，故开裂一般会先发生在角部。25BGA焊點開裂案例:---應力過大Model:J710Analy

6、sisLocation:U5IssuesDescription:组装抽验判退，BGAU5不良，PE要求做切片分析观察U5焊点状况。U5Fig1：红色框标示为待分析零件U526BGA焊點開裂案例:---應力過大Joint1ComponentSideCrackFig3:Joint1焊點切片放大圖27BGA焊點開裂案例:---Pb污染28BGA焊點開裂案例:---Pb污染29如何辨別Crack的原因?blackpadrelatedfailureassociatedwithmechanicalstressCrackloca

7、tionfora)blackpadrelatedfailure(b)interfacialfracturewhenusingENIGsurfacefinish30BGA焊點開裂案例:---應力過大對PCBA測試&組裝過程進行Strain量測31(BGACRACK)造成IMC异常破裂的常間原因32PCB厚度與應變量/應變率關係33增加BGA可靠度(減少Soldercrack):OSPSurfacefinishforBGApad34增加BGA可靠度(減少Soldercrack)的方法:1.Underfill:micro

8、BGAorCSP1.Cornerbond35CSAM:檢測IC內部是否發生分層(De-lamination)一般由於元器件吸濕或reflow溫度過高造成;36BGAreflow過程蹺曲:Soldershort&solderopen:37BGAreflow過程蹺曲:从室温下开始加热后（图2.a），器件先是凹形翘曲的，随着焊接温度的逐渐升高，PBGA封装体变软，