機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致線路板上BGA基座和焊點(diǎn)開(kāi)裂案例分析

彭廷果　惠普貿(mào)易重慶有限公司　401332

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機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致線路板上BGA基座和焊點(diǎn)開(kāi)裂案例分析

彭廷果惠普貿(mào)易重慶有限公司401332

機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致線路板上的BGA基座和焊點(diǎn)開(kāi)裂是BGA開(kāi)路不良現(xiàn)象之一，接下來(lái)我們用一具體案例來(lái)分析和了解該類不良。

1　問(wèn)題描述

在功能測(cè)試工站偵測(cè)到線路板上U64, U65位置 BGA開(kāi)路不良, 10.55% (17/161) 不良率。用3D放大鏡看不良焊點(diǎn)位置發(fā)現(xiàn)BGA焊點(diǎn)和基座之間開(kāi)裂.

2D X-ray 掃描發(fā)現(xiàn)不良BGA焊點(diǎn)影像和良好BGA焊點(diǎn)影像沒(méi)有明顯區(qū)別，2D X-ray不能偵測(cè)到該BGA斷裂不良。將其中三片不良板重新測(cè)試5DX，都通過(guò)，5D X-ray 也不能偵測(cè)到該BGA基座斷裂不良.

2　原因分析

檢查回流焊的溫度曲線，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。重新分析了該機(jī)臺(tái)在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)的每一個(gè)工站，發(fā)現(xiàn)線路板ICT（In Circuit Tester）電性測(cè)試工站和組裝工站都有機(jī)會(huì)造成BGA焊點(diǎn)錫裂的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)镮CT電性測(cè)試時(shí)，ICT測(cè)試探針會(huì)壓到該BGA表面，因而有機(jī)械應(yīng)力作用到BGA表面。

于是我們對(duì)ICT工站和組裝工站作Strain gauge測(cè)試。

ICT工站Strain gauge測(cè)試結(jié)果：最大壓力小于200u，標(biāo)準(zhǔn)：400u。ICT工站Strain gauge測(cè)試結(jié)果都通過(guò)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常.

組裝工站Strain gauge測(cè)試:

組裝工站Strain gauge測(cè)試點(diǎn)位在BGA兩端靠近散熱片彈簧柱的位置。

組裝工站Strain gauge測(cè)試方法：測(cè)試將散熱片兩端的彈簧柱壓到線路板孔的過(guò)程中BGA的受力情況。

測(cè)試結(jié)果：（1）在該彈簧柱組裝過(guò)程中，有一個(gè)由上向下的力作用在BGA上，該力是在由上往下壓彈簧柱的過(guò)程中產(chǎn)生的，該力在200u以下：符合標(biāo)準(zhǔn)。（2）但是還有另外一個(gè)由下向上的力作用在BGA上。

根據(jù)Strain gauge測(cè)試結(jié)果，猜想不良原因: 當(dāng)壓散熱片兩端的彈簧柱, 然后松開(kāi)后，彈簧因延伸開(kāi)來(lái)對(duì)散熱片有一個(gè)由下向上的反彈力，由于散熱片粘合在BGA表面上，因而散熱片對(duì)BGA有一個(gè)由下向上的反沖力，該反沖力過(guò)大導(dǎo)致BGA在基座處開(kāi)裂。

那怎樣驗(yàn)證這個(gè)猜想呢?

3　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1BGA不良點(diǎn)位位置分析

將所有實(shí)際產(chǎn)生的17片不良BGA開(kāi)路的點(diǎn)位作一個(gè)統(tǒng)計(jì)分析圖發(fā)現(xiàn)所有不良點(diǎn)位都集中在BGA 左上角和右下角處：左上角十五片不良, 右下角處兩片不良。BGA 左上角和右下角處正是裝散熱片兩端有彈簧柱的地方。而右上角和左下角處沒(méi)有組裝彈簧柱而沒(méi)有該不良。該數(shù)據(jù)表明BGA開(kāi)裂的焊點(diǎn)位置和組裝散熱片的彈簧柱的位置有強(qiáng)相關(guān)性。

3.2試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)計(jì)劃: 在組裝散熱片前用萬(wàn)表用量測(cè)BGAA1, B1, A18, B18, V18 確保沒(méi)有開(kāi)路不良。然后再組裝散熱片。組裝散熱片后，再用萬(wàn)表用量測(cè)這些點(diǎn)位看有無(wú)開(kāi)路不良。如果有,就可以確定是組裝散熱片導(dǎo)致BGA開(kāi)裂。試驗(yàn)結(jié)果: 組裝前用萬(wàn)用表量52片板子A1, B1, A18, B18, V18點(diǎn)位沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不良,但在組裝散熱片后發(fā)現(xiàn)有6 片不良。

試驗(yàn)結(jié)論: 組裝散熱片導(dǎo)致BGA焊點(diǎn)開(kāi)裂不良。

進(jìn)一步研究散熱片固定柱上的彈簧發(fā)現(xiàn)用在開(kāi)裂BGA(U64, U65, U66)位置上的散熱片固定柱上的彈簧的彈簧系數(shù)比用在其他BGA位置的彈簧系數(shù)大。用在U64, U65開(kāi)裂BGA位置上的彈簧系數(shù)為0.9kfg/mm, 而其他沒(méi)有開(kāi)路不良的BGA 位置的彈簧系數(shù)為0.47kfg/ mm或0.2kfg/mm。

于是將U64, U65開(kāi)裂BGA位置上的彈簧換一個(gè)彈簧系數(shù)較低的彈簧，彈簧系數(shù)從原來(lái)的0.9kfg/mm 降到0.47kfg/mm。然后再作Strain gauge測(cè)試。測(cè)試結(jié)果: 最大值為122u，小于標(biāo)準(zhǔn)400u，測(cè)試合格.

原因分析結(jié)果: U64, U65開(kāi)裂BGA位置散熱片固定柱上彈簧的彈簧系數(shù)較大, 為0.9kfg/mm。在組裝BGA散熱片時(shí), 當(dāng)散熱片的固定柱被壓到線路板的孔里面后, 操作員松開(kāi)固定柱, 散熱片固定柱上的彈簧因延伸開(kāi)來(lái)對(duì)散熱片產(chǎn)生一個(gè)由下向上的反沖力, 由于散熱片粘合在BGA上，該反沖力也作用在BGA角落處而造成BGA左上角和右下角處開(kāi)裂。

4　解決方案

將U64, U65開(kāi)裂BGA位置散熱片固定柱上彈簧的彈簧系數(shù)由0.9kfg/mm降低到0.47kfg/mm。

5　效果驗(yàn)證

將彈簧系數(shù)由0.9kfg/mm降低到0.47kfg/mm后, 生產(chǎn)5,000片沒(méi)有類似BGA開(kāi)裂不良。

通過(guò)該案例的分析，我們對(duì)機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致線路板上BGA基座和焊點(diǎn)開(kāi)裂有一個(gè)了解，在生產(chǎn)中如果遇到類似問(wèn)題，我們可以參考該案例來(lái)分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。

彭廷果(1971年12月-),男,四川南充人,學(xué)歷:碩士,職稱:工程師,研究方向:質(zhì)量,SMT組裝

【作者簡(jiǎn)介】