PCBA失效分析

PCBA元器件發(fā)生脫落現象，據此進(jìn)行試驗分析，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(guān)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階，判斷其為解理斷裂，即脆性斷裂。

EDS成分分析

說(shuō)明: 對#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(guān)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(guān)圖

1.外觀(guān)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(shuō)明：#2樣品上側（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（芯片端→PCB邊緣端）變小。

SEM分析

#焊點(diǎn)①斷裂兩側狀態(tài)分析

右側放大圖示

說(shuō)明：焊盤(pán)為SMD類(lèi)型，從焊點(diǎn)兩側斷裂狀態(tài)可見(jiàn)，存在焊錫受阻焊膜壓迫形成臺階現象，以及焊錫與阻焊膜之間存在應力殘留的結構特征。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)生的應力集中，這是造成焊點(diǎn)失效及可靠性變弱的起因。

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、均勻，平均厚度為1.58μm，富磷層0.17um。

EDS成分分析

說(shuō)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(shuō)明：從上記檢測結果可見(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，上記結果符合要求。

分析結果

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(guò)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(shuō)明該斷裂是由應力導致的瞬時(shí)沖擊形成（原始狀態(tài)）。

2.通過(guò)對剝離面的EDS分析，P含量高達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)是受到應力導致斷裂。同時(shí)，FPC采用SMD焊盤(pán)結構，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力集中點(diǎn)（同時(shí)也可能有焊接時(shí)的應力殘留未釋放），在受到外部應力作用時(shí)，該位置易被突破。

 分析結論：根據以上綜合分析，造成焊點(diǎn)斷裂的原因判斷為，FPC受到應力作用，同時(shí)BGA焊點(diǎn)位置由于SMD焊盤(pán)設計結構有應力集中的缺陷，從而造成BGA在受到一定程度的應力后出現裂紋失效。

改善方案

結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力作用。BGA類(lèi)產(chǎn)品，對應力作用比較敏感。

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

新陽(yáng)檢測中心有話(huà)說(shuō)：

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