隨著BGA芯片被運用得越來越多，而且BGA封裝是一種高效率，功能齊全的封裝方式。出于對成本的考慮很多中低檔的電子產(chǎn)品中仍然廣泛的采用了回流焊和波峰焊雙面混裝的工藝路線。但是這種工藝的處理方式很容易造成焊點斷裂，那么我們應(yīng)該怎么判別BGA返修焊點斷裂呢，接下來由崴泰BGA返修臺廠家小編給大家介紹一下：

　　在我們的對BGA返修焊點斷裂進行研究的時候發(fā)現(xiàn)Top面的BGA封裝經(jīng)歷了波 峰焊工藝之后，在可靠性測試中出現(xiàn)了較多的早期失效， 通過采用故障定位、無損分析、切片分析以及微觀分析的多種分析手段，對各種可能的失效機理進行了研究，得出了產(chǎn)生BGA返修焊點斷裂的根本原因。我之前也簡單提到過BGA焊點斷開的原因如果大家有興趣可以了解一下《BGA焊接時焊點斷開是什么原因引起的》。

　

　　BGA返修焊點斷裂之無損分析

　　崴泰科技采用了BGA封裝(基板表面處理為NiAu鍍層， PCB表面處理為HASL，焊球和焊料均為SnPb共晶合金)。 在Top面回流焊接，而Bottom面采用波峰焊接的工藝路 線，組裝完成后功能測試 正常。但是在隨后進行的 DVT測試中，發(fā)現(xiàn)BGA封裝 的CPU芯片在溫度循環(huán)測試 中出現(xiàn)了早期失效，功能時 斷時續(xù)，通過按壓的方式能 暫時恢復(fù)功能。采用IV曲線 和TDR的測試，故障可以被 定位到該BGA附近，初步判斷為BGA的焊點附近出現(xiàn)了開路失效。

　　進一步的采用Ersa Scope以及3D X-ray對該BGA進行觀察分析，沒有發(fā)現(xiàn)BGA焊點和PTH的明顯異常。需要采用有損的方式對該失效進行進一步的分析。

　　

　　BGA返修焊點斷裂之染色起拔和斷口分析

　　對該BGA器件進行染色起拔試驗，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)焊點從焊盤與PCB基材之間出現(xiàn)分離(圖3);但是故障網(wǎng)絡(luò)上的焊點出現(xiàn)平整的脆性斷口，且整個斷口被紅色染色劑染 色，證實該位置的焊點在起拔之前已經(jīng)完全分離，分離界面為封裝基板側(cè)和焊點之間。同時，在該BGA器件中，還有另外的幾個焊點呈現(xiàn)相似的脆性斷口形貌。染色 劑的分布顯示，部分焊點在起拔試驗之前出現(xiàn)了全部或者部分的斷裂，也有部分焊點為起拔試驗過程中出現(xiàn)的脆性斷裂。

　　基于以上的試驗可以證實，該功能失效是由于BGA器件部分焊點在測試過程中出現(xiàn)了焊點界面的脆性斷裂所導(dǎo)致，因此有必要對脆性斷口的界面進行進一步的分析。采用SEM對脆性斷口分析，顯示脆性斷裂界面形貌為沙石狀的基底上分布著離散的三棱狀狀結(jié)構(gòu)，采用EDX進行成份分析表明：沙石狀主要為Ni、Sn元素，也發(fā)現(xiàn)了微量的Cu元素;而三棱柱狀的主要為Ni、Sn、Cu元素。

　　

　　對BGA返修其他焊點采用5% HNO3溶液將SnPb焊料去除后觀察界面，結(jié)果在器件的封裝基板側(cè)均發(fā)現(xiàn)了在沙 石狀的基底IMC上著鑲 嵌有粗大的棱狀物，除前述的三棱柱狀外，還包括實心和空心的六棱柱狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)EDX分析都可以被確認為Ni-Sn- C u 三元I M C。

　　這些結(jié)構(gòu)與Jeong Won Yoon[1]等人觀察到的現(xiàn)象一致;中空六棱柱狀Ni-Sn-Cu IMC與 Kim[2]報道的SAC焊點內(nèi) 部發(fā)現(xiàn)的Cu6Sn5結(jié)構(gòu)類似;而D.Z.Li[3]的研究采用EBSD(背 散射電子衍射)獲得了Ni-Sn-Cu的衍射花樣，證實了其晶體結(jié)構(gòu)與Cu6Sn5一致。

　

　　基于以上的研究和本研究的結(jié)果可以得出：

　　1、在焊點結(jié)構(gòu)中同時出現(xiàn)Ni、Cu元素時，將導(dǎo)致Ni- Sn-Cu三元合金的出現(xiàn)，這是一種普遍現(xiàn)象;

　　2、熱力學(xué)分析表明[4]：穩(wěn)態(tài)條件下，即可能形成三元IMC Ni26Cu29Sn45(固定成分);由于焊接過程的瞬時 熱沖擊和局部的熱效應(yīng)作用，導(dǎo)致焊接條件下形成的三元IMC首先表面為非穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu);

　　3、由于Cu的擴散能力較之Ni強，因此在靠近Ni界面的 IMC中容易發(fā)現(xiàn)Ni-Sn-Cu的三元合金;Ni(NiCu)3Sn4與 (CuNi)6Sn5幾乎同時生成，前者比較連續(xù)，而后者不連續(xù);它們分別由Cu或者Ni元素在Ni3Sn4與Cu6Sn5結(jié)構(gòu)中 固溶而成;

　　4、六棱柱是Ni-Sn-Cu的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，接近Cu6Sn5的晶 體結(jié)構(gòu)，其實心、空心的狀態(tài)取決于個體。IMC形核后首先 形成中空六棱柱結(jié)構(gòu)，此后若趨向于縱向生長，則保持中 空;若橫向生長，則變?yōu)閷嵭?。實際觀察到長而直的IMC往 往是中空結(jié)構(gòu)，而短的IMC往往是實心，為這一說法提供了 佐證;

　　5、三棱柱結(jié)構(gòu)的形成以及沙石狀(NiCu)3Sn4的結(jié)構(gòu)形態(tài)分析還沒有明確的結(jié)論;

　　6、業(yè)界對Ni-Sn-Cu對焊點可靠性的影響有較多的研究[6-10]。Qalcomm、Solectron、Siemense、UIC均發(fā)現(xiàn)三 元IMC引起的脆性斷裂，主要原因是Ni-Sn-Cu與Ni-Sn之間結(jié)合不良，而Solectron還認為會導(dǎo)致重熔時縮錫;也有 Jeong-Won Yoon等認為不存在可靠性風險，Philips甚至發(fā)現(xiàn)Cu-Ni-Sn的形成可以改善金脆。但是在本研究中，并不能證實該三元合金是造成焊點早期失效的唯一因素。

　　

　　BGA返修焊點斷裂之金相切片分析

　　斷口分析的結(jié)果顯示Ni-Sn-Cu的三元合金并不是本次 失效的根本原因，因此繼續(xù)對失效樣本進行切片分析。

　　在本BGA返修焊點斷裂分析研究中，觀察功能測試懷疑失效的焊點，可以發(fā)現(xiàn)這些焊點的組織基本正常，焊點和BGA封裝基板出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，但是焊點和PCB側(cè)焊盤連接 正常，靠近PCB側(cè)焊盤的組織出現(xiàn)輕微的粗化現(xiàn)象。采用SEM對切片進行觀察，可以證實前期斷口分析和染色起拔試驗的結(jié)果，分離界面為IMC和SnPb焊點之間。

　　對切片進行分析， 還可以發(fā)現(xiàn)另外的兩類組織結(jié) 構(gòu)圖片，一類主要位于器件 四周，或者距離孔十分近的 位置且用大焊盤連接;這些 焊點顯示出從BGA封裝基板 處向PCB側(cè)的晶粒生長方向 性，初步判斷在波峰焊過程 中出現(xiàn)了重熔現(xiàn)象， 由于波峰焊接時熱量從底部向上傳導(dǎo)，因此器件側(cè)溫度低 于PCB側(cè)，焊點重熔之后冷卻結(jié)晶時，晶粒首先在靠近器件側(cè)的位置萌生。

　　

　　另外一類焊點組織形貌出現(xiàn)了明顯的局部重熔的形狀，可以在靠近PCB側(cè)焊盤位置的附近發(fā)現(xiàn)晶粒組織細小，而其上部靠近封裝基板側(cè)的晶粒組織粗大，兩種組織將焊點清晰地分為兩個部分。這種形貌的焊點占到了整個器件焊點的50%以上，而且沒有發(fā)現(xiàn)任何的 焊點開裂或者裂紋萌生的現(xiàn)象。

　　這是由于波峰焊屬于瞬時的熱傳遞過程，在波峰焊過 程中，過孔的熱傳導(dǎo)作用比較明顯。在完成波峰焊之前， 過孔傳遞的熱量不足以融化整個焊點，因此出現(xiàn)了靠近 PCB焊盤的下側(cè)焊點達到SnPb焊點的熔點183°C而重熔， 晶粒組織細化;上側(cè)焊點僅僅受到熱的作用發(fā)生組織粗 化;出現(xiàn)了典型的混合形貌特征。

　　BGA返修焊點斷裂之第三類焊點分布比較離散，較多的PCB焊盤附近都有 孔出現(xiàn)。

　　對失效焊點進行進一步的分析，可以發(fā)現(xiàn)這些焊點都通過長走線和過孔相連，走線長度遠遠大于其他與過孔相連的焊點。從設(shè)計文件上可以看出，這些焊點的PCB側(cè)焊盤都通過長走線與過孔相連，將電信號傳向內(nèi)層。由于過孔距離較遠，這些焊點接受過孔傳遞的熱量較少，溫度相對較低;焊點沒有出現(xiàn)重熔現(xiàn)象，即使是靠近PCB側(cè)的焊點組織粗化現(xiàn)象也十分輕微。而且數(shù)據(jù)分析表明，走線距離越長的焊點失效概率越高。

　　

　　綜合以上現(xiàn)象可以針對BGA返修焊點斷裂的問題得出以下結(jié)論：

　　1、切片顯示焊點斷裂為過應(yīng)力失效模式，分離界面為IMC和焊點之間;

　　2、在波峰焊條件下，Top面的BGA焊點組織形貌與其設(shè)計強相關(guān)，其位置以及與過孔之間連線的長度等都是影響其組織形貌的關(guān)鍵因素;

　　3、根據(jù)設(shè)計影響因素和實際波峰焊焊接條件，本研究 中出現(xiàn)了焊點完全重熔、部分重熔部分粗化的混合模式以 及輕微粗化三種形貌特征，多數(shù)焊點呈現(xiàn)出混合模式特征; 4、失效焊點距離走線距離最長，溫度最低，沒有重熔現(xiàn)象。

　　采用F E M 對該封裝結(jié)構(gòu)進行簡單的分析可以發(fā)現(xiàn)，無論是由于PCB變形導(dǎo)致焊點受到的機械完全應(yīng)力，還是由于CTE失配導(dǎo)致的循環(huán)疲勞應(yīng)力條件下，失效焊點位置都不是風險點，因此可以證實在外界應(yīng)力作用下，如果焊點的強度相同，這些位置的焊點應(yīng)該不是首先失效的焊點。

　　基于這些BGA返修焊點斷裂引起的失效分析，可以證實失效位置處焊點的強度遠遠低于其他位置的焊點強度;在DVT測試中，失效首先在 這些薄弱位置出現(xiàn)。

　　為什么這些焊點是強度薄弱點呢?這是由于這些焊點距離過孔較遠，波峰焊時溫度較低未發(fā)生重熔;而周圍焊點發(fā)生全部或者局部重熔;而波峰焊過程中，由于熱沖擊和局部熱效應(yīng)的影響，BGA器件及PCB產(chǎn)生局部變形并產(chǎn)生應(yīng)力，由于多數(shù)焊點重熔具備自由伸縮能力，因此所有應(yīng)力加載于個別未重熔焊點，導(dǎo)致該焊點出現(xiàn)裂紋萌生或開焊;這些焊點在后續(xù)測試過程中出現(xiàn)早期失效。

　　通過以上對怎么判別BGA返修焊點斷裂的分析，相信大家都知道怎么去分析了，如果你對怎么判別BGA返修焊點斷裂的分析還不清楚，那您可以直接與網(wǎng)站客服聯(lián)系咨詢，謝謝!