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BGA锡球裂开的改善策略

发布时间:2019/02/24 点击量:

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。

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