系统产品PCBA制程失效模式验证对策.ppt

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1、常見系統產品PCBA板階BLR失效模式的可靠度驗證TVC/QTR2013.07.18主題切入1.常見的無鉛Pb-Free或RoHS焊點/PCBA失效要因分析2.BoardLevel板階(IC上板的PCBA)可靠度驗證/分析手法(如IPC/JEDEC)3.現行各國際網通大廠現況何為BLR(PBCA板階)系統產品的可靠度問題發生原因1.零組件不穩定(尤其是BGA封裝的IC)2. PCB材料的問題(化金板,OSP板或是化銀板,因為PCB搭配不同焊錫如SAC105或SAC305就呈現不同的機械性質)3.焊點問題(焊錫,錫

2、膏與助焊劑因素)4.組裝問題(Assembliesprocess,如SMT溫度或冷卻速率等,將會影響焊接面IMC共晶化物層結構,進而影響系統產品強度).环保趋势对电子电器产品的挑战無鉛或RoHS焊點/PCBA失效要因(1)由歷史來看待產品問題與主要挑戰:2000~2006年:為無鉛Pb-Free時期,因為在焊上BAG的PCBA折彎試驗(bendingtest)發現錫鉛(PbSn)焊點的彈性是錫銀銅(SnAgCu)焊點的2倍,所以主要影響為零件,焊點,PC板&SMT製程的可靠度驗證標準都需改變.2006~2008年

3、:為RoHS時期,主要影響就是RoHS法規加速製程轉換,但因製程與原料忽然改變,造成RMA客退比例急速攀升,尤其2008年最嚴重.2008~2012年:為Halogen-Free(Br,Cl)Sb2O3無鹵時期:主要影響就是PCBCrater,ECM/CAF(電遷移與孔短路).2012之後即為PhosphorousFree無磷時期:材料技術瓶頸與可靠度驗證標準需再修訂.而且目前也發現錫鉛焊點的錫樹枝(SnDendrite)又比錫銀銅焊點細許多,所以錫鉛焊點的耐衝擊強度遠比錫銀銅焊點好很多.Lead-Free焊點冷

4、卻速率需比錫鉛焊點高,才不易發生錫原子結合而影響焊點強度.無鉛錫球Ag3Sn與常用2種無鹵PCB(ENIG&OSP)搭配HTSL:HTSL(HighTemperatureStressLife)高溫應力測試發現:(1)PCB有機板OSP比化金板ENIG強度好.(2)OSP與無鉛錫球比搭配Silverimmersion在溫度衝擊後,BGA內部更不易有氣泡.無鹵HFPCB板與焊錫搭配SAC105與HFPCB搭配時,機械性質為最佳.低銀焊錫(SAC105)耐衝擊,適用手持式產品.高銀焊錫(SAC305)耐溫變,適用桌上型

5、產品.失效的关键因素-IMC共晶化合物層不良IMC層的影響造成IMC異常破裂的原因不良IMC層的影響錫銀銅SAC&錫鉛SnPb焊点差異Ag3SnPlateletConcern無鉛焊點Pb-free製程的挑战無鉛或RoHS焊點/PCBA失效要因由Lead-Free焊點試驗結果發現:AfterAQItest(AssemblyQualityInspection:紅墨水/染色試驗,X-Ray,超音波,切片,錫球推拉試驗)發現:17%Failure;為製程因素.表示產品經振動與落下試驗後亦很可能Fail.AfterTCTt

6、est(溫度循環):30%FailureAfterShocktest:38%Failure.AfterVibrationtest:2%Failure.AfterHALTtest:13%Failure.(開機狀態的HALTtest).焊点异常-机械冲击试验后製程孔洞问题(<25%isEnough?)25%VoidinBGA??焊錫氣泡(void)出現在BGA球心附近,則表示與PCB板無關,SMT與錫爐製程需要調整.Void氣泡發生:BGA內部氣泡都發生在攝氏217度.超過攝氏217度因為Cu滲入Sn,所以將決定IM

7、C厚度.失效關鍵因素—BGA異常失效失效焊点类型-通孔(支撑孔)通孔造成失效案例分析(HeatSink)ECM/CAF/SIR:電遷移,孔短路與表面絕緣電阻(ECM/CAF/SIR)等間斷性失效通常發生在產品投入市場使用數月後出現.為dendrite樹狀物短路所造成,dendrite發生率:Ag>Cu>Pb>Sn>Au=>(1)注意材料與製程變更.(2)助焊劑,錫膏與製程等濕度及離子污染管理電遷移原因CAF孔短路原因CAF/SIR影響PCB可靠度的挑战零組件上PCBA板驗證平台IC晶片焊到PCB板發生翹曲疊球(W

8、arp-Page):避免IC晶片焊到PCB發生翹曲或疊球(Warp-Page),系統廠應該要求IC封測廠進行:(1)Solder-ability沾錫試驗(2)除菊線路試驗(daisychaintest)(3)AQI製程組裝品質試驗(AssemblyQualityInspection)a.紅墨水/染色試驗b.超音波試驗c.X-Ray試驗d.切片試驗e.錫球冷熱球推拉試驗AQ