32.BGA不良分析(二)

BGA不良分析

不良現象

熔接介面不佳(Poor Fusion Zone) 熔接介面不佳a.當使用高熔點錫膏時如對CBGA 或CCGA 零件使用Pb90Sn10 時，在回焊過程中必須要確定從焊墊至高熔點的零件腳或熔點之熔合是不會發生在一般的回焊過程中。



b.另一種可能之情形為導熱散熱極其迅速之TBGA， 其Solder Bump為Sn63/Pb37之正常流速過快或預熱段不足皆會造成在回焊時介面上有micro crack 或錫形不佳之情形。



原因：如果溫度曲線不正確，如：太長，那麼共熔的焊錫會原因： 影響高焊點的焊錫之熔錫溫度與金屬結構。 因此，降低其共熔時的焊點接近至共晶熔合溫度，可避免產生一個高度敏感介面金屬而易產生裂痕擴展的脆性區域α金屬。 解決方法： 解決方法：調整溫度曲線(快速升溫與冷卻)將可減少產生不良之可能性。



二不良現象

表面粗糙之金屬結構(Poor grain structure)：焊點表面上： 出現不均勻，粗糙，顆粒狀或多孔狀。 焊點非呈現濕潤平滑光亮之外表而是灰暗且表面粗糙。



原因： 原因： a.熱量不足：回焊開始時未獲得足夠熱量以致未達完全吃錫。 b.過熱：過多的加熱時間與熱量會導致焊點上錫與鉛在固化後不易生成共混化合物而產生粗粒結構，且在相同的方式中不會如同平滑表面一樣可反射出光線。



c.在尖峰溫度過後冷卻太慢將導致介面共化物成長造成錫、 鉛分離，其中Sn與Cu大量滲熔。 而Pb則集中形成阻隔如圖粗顆粒結構大量的集中，黑色為Pb 顆粒。 解決方法： 解決方法： a.提高溫度曲線中尖峰值。 b.調整溫度曲線至較低尖峰溫度與尖峰滯留時間及加快冷卻速度。



不良現象十

表面魚鱗結構( 表面魚鱗結構Scaling )：焊點表面出現不規則圖案，特別： 是BGA 錫球，本質上均勻且類似魚鱗或玉米片。



原因： 原因： a.當錫球由固態變為液態時，在錫球表面產生均勻的體積變化。 錫球獲得足夠熱量開始回流，但在加熱過程停止後， 留下其觸變性或錫/鉛狀呈漿糊狀的圖案。 在適當的加熱時間長度下，焊錫未達熔點將導致零件腳在表面剝離以致無法完全連接。 可見的鱗片可指出提供給要達完全回焊的焊點與提供足夠活性能量來產生，適當金屬內部結合的熱量不足，金屬內部結合的缺乏將導致不成熟焊點的失敗。



b.在達到尖峰迴焊溫度後冷卻太慢，這將導致金屬內部的成長與錫/鉛的分離或如同類似魚鱗或玉米片的粗顆粒大量的集中在BGA 焊點的表面。



解決方法： 解決方法： a.增加尖峰溫度或尖峰溫度的滯留時間以確定完全回焊。 b.增加過尖峰溫度後冷卻速度，這將在錫/鉛之間形成較緊的顆粒結構，平滑且均勻。



不良現象十一

熔滴( )： 熔滴( Single Drop )：BGA 錫球焊點開始回焊時，加熱不夠以致無法在焊墊表面完全吃錫。 被定義為無焊接面膜的焊墊透露出可由單一熔滴量測出更高的支撐高度。 單一熔滴也有可靠性的問題。 由內聚力支持住焊墊上的錫球並不提供其所需要持續的機械結合力來需要抵抗由振動或熱循環造成的垂直應力。 此外，在錫球與焊墊形成氧化層將導致明顯的裂痕。



原因： 原因： a.BGA錫球在回焊中獲得足夠熱量並在加熱期間熔滴或崩塌，而錫/鉛未完全潤錫或沿著焊墊全部表面形成金屬內部熔結。



b.不足的助焊劑或助焊劑活性阻止了錫球到焊墊的吃錫作用。 c.PCB 或焊墊之溫度不足以致無法提供適當的吃錫。 解決方法： 解決方法： a.調整溫度曲線以確定足夠的尖峰值與加熱時間。 b.確定助焊劑活性以提供焊墊良好的吃錫性。



不良現象十二

橋接( 橋接Solder Bridge )：焊錫由焊墊流至另一焊墊形成一座： 橋或短路。



原因： 原因： a.在新上的錫膏產生下塌時通常就會發生。 b.偶爾發生，當使用共熔錫球與太重的零件，重量將導致錫球下塌而形成錫橋。 c.在高熱重工的環境下，當在回焊的部份使用氣壓時它也會發生。 d.印刷不良。



解決方法： 解決方法： a.針對錫膏下塌時之情形，一般而言，不易區分其真正原因，故可以調整profile 曲線，以改善成果。 b.重工回焊時則可延伸preheating time，使回焊區可以不必使用過大之風壓來重工。



不良現象十三

濺錫( 濺錫Solder Splash )：在PCB 表面上有微小的錫球靠近： 或介於兩焊點間。



原因： 原因： a.錫膏黏稠度不理想，在回焊過程中錫膏太乾或太濕就會產生小錫球或者粒徑選擇不正確。 b.溫度升溫太快就會導致微小的爆炸效應以產生微小的錫球。 解決方法： 解決方法： a.檢查錫膏耐儲時間與儲存條件，進行Slump試驗以吻合指導方針。 b.降低升溫曲線以確保錫膏內溶劑不要揮發過快，致使Solder Paste Slump 或產生濺錫之現象。



七不良現象 十四

表面張力線( 表面張力線Surface Tension Lines )：外表上條紋是彎曲： 的表面張力曲線，在焊點表面上可看到表面張力線，通常在回焊後出現在BGA 表面呈垂直線狀。 此種情形可被用來做可見製程指標，而這指標可能有也可能沒有可靠性問題。 在電路板焊墊設計差異及BGA 本身Package 之材質上有很大之關連。



原因： 原因： a.在錫球回焊期間，體積改變在錫球外部的表面張力扮演重要角色。 此線呈彎曲狀，是因為內部的加熱與冷卻速率所導致的張力與表面形狀如果最終顯示在電路焊墊中有好的吃錫性，那麼不需要重工，若使用這​​樣條件來當作製程指標就須加註意了。 然而，須注意的是，電路焊墊外形之影響所造成之熱傳導效率差異是不易解決的。 b.逐漸拉伸的痕跡在錫球表面形成，如同它試著支撐本身來抵抗重量。 錫球從頂到底其表面張力均不同。 c.未發生在尖峰溫度的行為： 錫球表面受熱大於內部，BGA 錫球其受熱將從外至內，而冷卻將由內至外。



解決方法： 解決方法： a.提升尖峰溫度與滯留時間以確保熱均勻地分佈通過錫球。 b.同時在冷卻段之速率可以適當減緩，避免內外溫度差異。



不良現象十五

錫須( 錫須Tin Whiskers )：一種介於兩焊點間細的頭髮或像胡： 須的橋，類似焊點間拱橋圖案。 在電力激增期間電路短路常會出現，這會導致電路系統完全失效或短路。



原因： 原因：在電力​​上升情況下，在助焊劑與水氣殘留之前題下， 錫球間之電壓偏壓會導致電鍍錫形成拱橋。 這樣電鍍過程會導致類似細的胡須錫橋形成。 若在助焊劑殘留物中獲得足量的水氣，那麼在烘乾條件下，錫鬚或樹突狀也會形成。 解決方法： 解決方法：回焊後徹底清洗PCB 以確保助焊劑殘留最小量