PCBA失效分析

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(guò)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(shuō)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(tái)階，判斷其為解理斷裂，即脆性斷裂。

EDS成分分析

說(shuō)明: 對(duì)#1-1焊盤(pán)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(shuō)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(wú)空洞或縫隙，無(wú)異常。

#2樣品

#2樣品外觀圖

1.外觀分析

#整體圖示

2-1號(hào)焊點(diǎn)

2-4號(hào)焊點(diǎn)

3-1號(hào)焊點(diǎn)

說(shuō)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(jiàn)明顯異常。

2.斷面分析

金相分析

說(shuō)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(pán)開(kāi)裂，呈分離狀態(tài)，開(kāi)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

右側(cè)放大圖示

說(shuō)明：焊盤(pán)為SMD類(lèi)型，從焊點(diǎn)兩側(cè)斷裂狀態(tài)可見(jiàn)，存在焊錫受阻焊膜壓迫形成臺(tái)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(kāi)裂位置基本都在富磷層。

小課堂：BGA焊盤(pán)兩種定義方式

1.阻膜定義（SMD）：

焊盤(pán)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(wèn)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(kāi)口要比銅箔焊盤(pán)大，所以在再流之后，焊料球不會(huì)接觸阻焊掩膜。

#焊點(diǎn)②焊接狀態(tài)分析：

說(shuō)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(shuō)明: 對(duì)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(shuō)明：從上記檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)：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(cè)信息，針對(duì)BGA焊點(diǎn)裂紋失效解析如下：

1. 通過(guò)對(duì)#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(tái)階），說(shuō)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(guò)對(duì)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(shuō)明斷裂位置部分處于富磷層。

3.通過(guò)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(shuō)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(pán)結(jié)構(gòu)，焊盤(pán)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(pán)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(lèi)產(chǎn)品，對(duì)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(yáng)檢測(cè)中心有話說(shuō)：

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