BGA锡球裂开的改善策略

一般公司的新产品开发偶而会遇到裸机高度落下【冲击测试（drop test）】后发生BGA锡球裂开的问题，如果RD有比较好的sense，就应该把产品拿来做一下应力分析，而不是把所有的BGA掉落问题都赖给制造工厂的SMT贴片加工制程。

以工作熊的经验来看，BGA锡球裂开的问题其实很难仅靠PCBA加工厂的制程管理与加强焊锡来得到全面改善，如果设计的时候RD可以多出点力气，制造上会省下很多成本，以下面这个案子为例，可以省下Underfill的材料费及工时费用，还包含了间接管理与修复的费用，更可以降低日后可能的市场商誉质量损失。

其实BGA开裂的最大问题十有八九都来自于应力，不管是SMT回焊高温时板子弯曲变形所形成的应力，还是产品因为机构组装所形成的应力，或是因为客户使用时撞击，或不慎掉落地面所造成的外力，这些其实都是应力的来源，如果设计之初就可以仿真各种状况做应力分析，并针对可能产生应力的部份做一些设计调整以降低应力的影响， 相信可以让BGA产品的生产质量更加的稳定，甚至还可以移除一些不必要的underfill制程，达到节省成本的利益。

不知是否因为工作熊对新碜品有过多次的类似要求，还是大家终于体认到设计影响制造的严重性，公司这次新产品的设计团队总算有个比较好的响应，也花了心思做了BGA锡球开裂的要因分析，更发现应力的来源，并且做了设计变更来改善这个BGA锡球开裂的问题，当然有先用mockup的材料来做验证，结果也让人满意， 事后实际修模生产做最终验证也都没有再发现BGA开裂的问题，真心希望这以后是RD验证的标准程序。

以下就是这款产品的大概设计外型与BGA所在位置，为了方便客户使用时不至于发生反光，所以产品设计了一个类似收款机的倾斜屏幕，就是这个倾斜角让BGA在产品做正反面落下测试时出现了巨大的形变，以致造成BGA锡球裂开，因为产品侧边(side)及角落(corner)摔落时都没有问题，以前的例子几乎都是在角落摔出问题的。

既然知道可能的问题出在电路板变形量过大，于是在电路板上黏贴应力计(Stress Gauge)然后先量测未改善前的应力数据。 改善方法是在BGA的附近新增机沟肋柱(rib)来顶住电路板以降低电路板在落下时的变形量，参考上图的[New add rib]。

因为这个产品的大部分设计都已经完成，所以改善的方法就是尽量找到一个空间可以用来增加支撑柱，让电路板在落下变形时有物体可以支撑住，以降低其变形量，改善对策后再用应力计实际量测一次应力。

下表列出改善前与改善后(增加rib)的应力实际量测值。 就如同预期的，在正面（倾斜面）落下时的应力改善达到106，因为产品正面外型有个弯曲倾斜角，比较容易因为外力而弯曲；而背面（平面）落下的应力改善则比较小，只有42。 足见增加一根肋条(rib)就可以达到一定程度的电路板变形量改善。 这个应力值量测的是电路板的Z方向，但是只有X轴的Z值，如果可以加侧Y轴的Z值会更有参考价值。

这项设计变更执行后，经过DQ重新验证落下测试的效果，证实BGA锡球没有再出现开裂的问题。