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BGA锡球裂开的改善对策

2025年04月18日 08:11:55      来源:盐城弘扬金属科技有限公司 >> 进入该公司展台      阅读量:25

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一般公司的新产品开发偶尔会遇到裸机高处落下的【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,就应该把产品拿去做一下应力应变分析,而不是直接就把所有的BGA掉落问题都赖给的SMT制程。
就深圳宏力捷的经验来看,BGA锡球裂开的问题其实很难仅靠工厂的制程管理与加强焊锡来得到,如果产品设计时RD可以多出一点力气,制造上就会省下很多的成本。
以下面这个案例来说,可以省下底材填充胶(Underfill)的材料费与工时费用,这还包含了间接管理与修复的费用,也可以提高产品的信赖度,更可以降低日后可能的市场商誉品质损失。
 
(BGA锡球开裂问题其实牵涉到很多的环节,「焊锡不良」只是其中一项而已,很多人一看焊锡开裂的个反应就是焊锡不良,但站在科学客观的角度来看问题时,只要看到焊锡的IMC有均匀的长成,基本上焊锡就没有太大的问题,再来就得探讨应力与焊锡强度的关系了,因为不论焊锡再如何加强,其承受应力的能力提升总是有限的,一定应力大于焊锡强度,焊锡破裂是可想而知的,所以在检讨完焊锡品质后,接下来就该检讨如何消除应力的来源与加强机构的抗应力设计了,本案例已经是先确认焊锡没有问题,所以才会要求RD加强机构设计来改善应力冲击。)
 
其实BGA锡球开裂的问题十有八九都来自于应力(Stress),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模拟各种状况做应力应变分析,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产品的生产品质更加稳定,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。
 
不知是否因为深圳宏力捷对新产品有过多次的类似要求,还是大家终于认识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回应,也花了心思做了BGA锡球开裂的特性要因分析,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,结果也著实让人满意,事后实际修模生产后再做最终QA验证也都没有再发现BGA开裂的问题,真心希望这个「应力应变验证动作」以后会是RD验证的标淮程序。
 
利用应变计(Strain Gauge)验证机构设计变更前后对BGA锡球开裂位置的应变量分析
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屏幕反光,所以产品设计了一个类似收银机的倾斜屏幕,也就是这个倾斜角让BGA零件在产品做正背面落下测试时承受了巨大的电路板变形量,以致造成BGA锡球裂开,因为产品的侧边(side)及角落(corner)摔落都没有发现问题,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【】,所先量测未改善前的应变量数据,然后在电路板等主要组件不变得情况下,更换改善后的机构再做一次应变量的量测。
改善方法是在BGA零件的附近新增塑胶机沟肋柱(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]。
 
因为在做这个动作时产品的大部分设计都已经完成了,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硬物可以支撑住,以降低其变形量。
 
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。
 
应变计量测机构改善前后的应变量
下表列出改善前与改善后(增加rib)的微应变量(Micro-Strain,x106)实际量测值。就如同预期的,在正面(倾斜面)落下时的应变量改善达到106,因为产品正面(Top)外型有个弯曲倾斜角,比较容易因为外力而造成弯曲;而背面(Bottom)为平面落下的应变量改善则比较小,只有42。
由此可见增加一根肋条(rib)就可以达到一定程度的电路板变形量改善。这个应变值量测的是电路板的Z方向,但是只有X轴的Z值,如果可以加测Y轴的Z值会更有参考价值。
 
改善前
改善后改善量
正面落摔
-186-80106
背面落摔
20316142
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没有再出现开裂的问题。
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