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2023-12-11  浏览量:27

 

bga器件焊接过程又出现问题?

 

引言

 

某型号bga组装过程中存在一定比例的连锡失效,且连锡的位置相对固定。

现测试分析失效pcba、bga原物料、 pcb光板、正常pcba及 pcba半成品(第一面回流焊接后),查找失效原因。

 

测试分析

 

1 外观检查

 

失效pcba结构无明显变形,问题bga器件结构完好,未发现明显异常现象。

 

2 ct断层扫描分析

 

通过ct三维成像技术对bga器件进行全面扫描分析,结果如下:

①连锡主要集中在器件其中一对角线的两端;

②连锡失效对角线方向,焊点间隙明显小于其他方向。

以上现象推测bga在失效对角线方向变形严重,呈受挤压的态势。

 

ct断层扫描结果

图1 ct断层扫描结果

 

3 剥离分析

 

连锡失效bga机械剥离后进行观察,发现对角线边缘位置两处连锡现象,与x-ray观察结果一致。连锡部位焊锡与pcb表面呈现完全不润湿,接触面表现为挤压形貌,可以排除绿油表面能异常导致连锡的可能性。

如图2、图3及表1-2所示,连锡焊点位置未发现异常元素,形貌特征与图1完全一致。

 

失效bga剥离后照片

图2 失效bga剥离后照片

 

失效bga剥离后表面sem图片

图3 失效bga剥离后表面sem图片

 

表1 失效bga剥离后表面成分测试结果(wt.%)

失效bga剥离后表面成分测试结果

 

4 剖面分析

 

4.1 连锡切片分析

 

对失效bga切片后进行sem/eds分析,连锡焊点imc生成厚度正常,说明焊接热输入正常。连锡部位焊锡与pcb阻焊膜完全接触,无空隙,这种现象预示着印刷锡膏过多或制程热变形过大。

 

失效bga剖面sem图片

图4 失效bga剖面sem图片

 

表2 失效bga剖面成分测试结果(wt.%)

失效bga剖面成分测试结果

 

4.2 焊点高度统计分析

 

为了确认边角受压变形的程度,通过切片测量的方法,对两对角线方向上焊点高度及焊点间隙进行数据统计,结果如下:

失效bga:

row1: 整体呈现两边焊点高度小、中间焊点高度大的趋势,焊点高度最小146um, 最大201.3um,相差55.3um。焊点间隙呈现边缘小中间大的趋势,最小50.8um,最大102.7um;

row2(仅一半长度对角线): 整体呈现两边焊点高度小、中间焊点高度大的趋势,焊点高度最小162.1um,最大190.9um,相差28.8um。焊点间隙呈现边缘小中间大的趋势,最小76.1um,最大118um。

焊点高度的降低是导致连锡失效的最为直接的原因。

 

失效bga切片位置及焊点高度、焊点间隙统计图

图5 失效bga切片位置及焊点高度、焊点间隙统计图

 

5 翘曲分析

 

为了确认物料在回流过程中对角线方向发生变形的程度,利用shadow moiré设备,对的动态翘曲进行测试。

pcb:两个整体都呈现凸变形,最大变形都发现在1-3对角线(失效对角线)上,分别发生在加热阶段的150℃和180℃,变形量为28um和24um。

 

 

bga:两个整体都呈现凸变形,(锡球朝下放置时候,器件整体呈凹变形),最大变形都发现在2-4对角线上,分别发生在冷却阶段的222℃和加热阶段的180℃,变形量为42um和47um,本bga器件热变形符合要求。

 

 

pcba半成品:整体呈现凹变形,且1-3对角线变形更为显著,与实际切片结果一致。

 

 

动态翘曲测试结果显示,pcba半成品焊接过程中整体发生凹变形,且失效对角线方向凹变形更为明显,与焊接后实际变形趋势一致。

 

结论

 

bga在相对固定位置发生连锡的根本原因:pcba半成品(第一面回流焊接)焊接过程中在固定对角线方向发生较大程度的凹变形,导致角落位置焊点受挤压而连锡。

 

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