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SMT技术资讯

BGA器件筛选历程中的焊球问题及防护步伐

时间:2022-04-15 来源:system 点击:757次

一、BGA器件筛选历程中泛起的异常情况

BGA器件筛选历程中容易泛起的问题主要有两大类:焊球问题和盖板问题 。焊球问题主要体现在焊球损伤、焊球脱落和焊球氧化,盖板的问题主要凭据
GJB548B-2005要领2009.1的依据来进行判断 。BGA封装筛选历程中的焊球问题如图1所示 。

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1、焊球损伤

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2、焊球脱落                      3、焊球氧化                       4、盖板划伤露底层金属

 

1)焊球损伤及盖板划伤案例剖析
1(a)及图4所示现象是XX产品筛选历程中,因老化插座不匹配,器件高温老化所致 。该器件焊球变形及盖板划伤后,我们对现象进行了剖析,确定其原因是插座不匹配 。该器件及其对应的国产器件的相关尺寸及原因剖析如表1所示 。

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1(b)和图1(c)所示现象是测试插座造成的焊球损伤 。BGA封装的测试插座主要有两类,针尖类和爪类 。针尖类测试插座即器件(焊球)与插座的接触方法为针类,是点对球的接触方法 。这类插座容易在焊球上扎出针眼,长时间使用后插座的针尖变形更易造成焊球损伤,如图1(b)所示 。爪类插座是指测试插座将焊球全部包入测试凹槽中,这类插座长时间使用会因测试凹槽的磨损造成焊球周边高低不平,如图1c)所示 。岂论是针尖类插座照旧爪类插座,长时间使用都容易造成焊球损伤 。

2)焊球脱落案例剖析
CBGA429电路在进行耐湿试验后1只电路的焊球泛起脱落情况(见图2和图5) 。该批次电路共15只进行试验,1只电路泛起问题,做过的试验包括崎岖温测试、恒定加速度、温度循环 。

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经太过析,该电路的焊球脱落属于偶发明象,未在同电路其他焊球、同批次其他电路上复现失效;从SEM/EDX剖析看,与外壳焊盘金属化层无关,与镀镍底层无关,失效爆发在镀镍层外貌或镀金层上;焊球脱落可能与焊盘外貌有相关性(如筛选考核中沾污、镍氧化等,在回流焊接中锡膏与焊盘之间黏附不良,导致耐湿试验中焊球脱落;也有可能与焊盘外貌镀金层厚度相关,身分剖析发明少量金,标明该电路焊盘金层较厚,过厚的金与锡在焊接层中生成脆性金属间化合物,导致焊球脱落;另有一种可能是实验中碰脱焊球(因未寻得焊球,无法判断) 。
上述焊球脱落的案例是耐湿试验后造成的,也有许多大型FPGA电路仅常温测试后就爆发焊球脱落现象,如图6所示,原因可能为测试插座氧化、操作不当、焊球虚焊等 。

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6、大型FPGA器件焊球脱落图

 

二、焊球氧化剖析

BGA封装的器件在首次筛选检验历程中一般都不会爆发焊球氧化的现象,焊球袒露在空气中的时间越长,就越容易爆发氧化,因此焊球氧化都爆发在二次筛选历程中,如图3所示 。如何预防焊球的氧化也是BGA封装器件的重点攻关问题 。


三、BGA器件筛选历程中的质量控制

1、来料把关控制
任何器件来料目检都是必做的,BGA器件不但需要100%检验,更需要针对焊球进行100%镜检,尤其是二次筛选的器件,100%镜检必不可少 。二次筛选的器件时间跨度较长,容易爆发焊球氧化的问题 。关于进口BGA器件,因其来源多样化,器件的状态也可能多样化,也有可能是拆机件,来样外观检验即可发明问题并判定缺乏格 。另外,由于运输历程中器件;げ涣,也有可能造成焊球损伤、焊球脱落的问题 。遇到此类问题,需要反响给客户,在征得客户同意的基础上对器件进行后续处理 。

2、历程控制
BGA封装的器件筛选历程中焊球防护至关重要,如何做好焊球防护是BGA器件筛选历程中的重中之重 。凭据BGA器件筛选历程中遇到的以上问题,拟制定相关历程控制计划,具体如下 。

3、规范化操作
制定BGA器件操作规范,增强BGA器件现场控制 。

4、器件防护

1)防氧化:所有BGA器件及其测试插座在未试验阶段均要安排在氮气柜中,延缓焊球及插座氧化 。

2)焊球防护:BGA器件的周转必须通过专用托盘(指定包装)和防静电泡沫,做好BGA器件周转历程的物理防护 。

5、测试试样
每次测试前先要检查插座,并试测1~2只样品,测完后检查电路的盖板有无划伤、焊球有无缺损(或脱落),如无异常方可继续测试;如有异常,需待插座修复(或替换)后再次试测,确保测试不会对外观造成影响才华进行后续测试 。

6、插座寿命评估及检查
所有插座都有使用寿命,但凡凌驾使用寿命规模就会对器件造成影响,BGA器件的寿命评估尤为重要 。插座投产后需预估使用寿命,并在即将抵达使用寿命前对插座进行检查并预警,后续测试前需预估测试量,测试前后都需对插座和器件进行检查,确保不因插座造成外观问题 。

7、质量控制
质量方面需从源头抓起 。首先,需对所有治理及一线操作员工进行质量宣贯和质量教育,确保所有人对已泛起和易泛起的问题有所了解并引起警觉,制止因质量宣贯不到位再次泛起质量问题 。其次,还需对一线操作员工针对BGA器件进行统一操作培训,规范操作要领,尽一切可能降低因操作不当造成的质量损失 。最后,质量检查和质量反响也必不可少,要坚持质量信息统计和反响上报事情,上报内容除了数据统计,重点是批次性问题、可能保存的质量隐患以及对证量控制的建议,为用户提供可靠性的信息,同时也为上级部分制定相应治理步伐提供了参考依据 。
另外,在质量上要积极做好质量体系内部审核和监督检查 。坚持从源头抓起,控制重点环节,切实袒露问题,连续不绝革新,抵达闭环目标;按人员比例配备质量监督员,对筛选检测全历程实施质量监督并纪录 。

 

四、革新步伐和合理化建议

BGA器件筛选历程中泛起的焊球问题是重点要解决的问题,虽然无法确保100%杜绝问题,可是可以通过革新要领,提出合理化建议,降低BGA器件泛起问题的概率,具体革新步伐如下:
1、焊球氧化革新步伐
所有BGA器件和其配套测试插座均安排在氮气柜中生存,延缓焊球氧化 。

2、盖板划伤革新步伐
所有进口BGA器件,首次来料必须进行精确尺寸丈量,并纪录丈量数据,投产时凭据精确尺寸寻找专用插座(确认进口尺寸与海内器件尺寸完全相同时可共用),首次试验时必须试样,确认试样无误方可全部投产 。

3、焊球损伤革新步伐
规范操作手册,做好物理防护 。

4、焊球脱落革新步伐
      近年来,焊球脱落情况都泛起在大型FPGA器件(BGA封装)测试后(仅进行测试项目),如泛起焊球脱落,在征得客户认可的基础上,通过重新植球恢回复样,出货前再进行测试,确保器件电性能测试及格 。针对此种情况,提出以下合理化建议:
二次筛选是在一次筛选的基础上,整机科研和生产单位为了满足整机系统对元器件的可靠性要求,对元器件凭据验收流程和标准进行的第二次及格性和可靠性筛选 。目前,海内部分生产厂家关于BGA器件的焊球;ぬ岢隽诵碌慕饩黾苹,即一次筛选历程中不进行植球(封装形式为LGA),仅对需要验证焊球可靠性试验的办法进行抽样植球并进行可靠性检验 。一次筛选完成后,器件不进行植球便进行二次筛选,二次筛选完成后再进行植球,植球后再进行电性能测试,确保器件不因植球造成损失 。这种计划不但降低了BGA器件筛选历程中的损伤,也在无形中降低了生产方的经济损失 。此计划的可实施性也很强,在生产方认可并同意的基础上建议实行此计划 。
      在不考虑上述计划的条件下,生产方还可以从BGA插座方面来想步伐解决问题 。首先要考虑插座质料的耐崎岖温条件,满足了这个条件之后再考虑插座顶针的形状和软硬水平(在不影响测试功效的前提下) 。本文2.2节中提到了两类插座顶针的形状:针尖类和爪类 。研制方要凭据焊球的巨细,选择能在更洪流平上减少焊球损伤的形状 。虽然,这种选择也并不是绝对的,焊球的损伤更多照旧和插座的使用寿命相关 。插座顶针的软硬水平有两类:一,插座顶针偏软,对BGA焊球可能造成的损伤较小,可是磨损更厉害,
使用寿命较短;二,插座顶针偏硬,对BGA焊球可能造成的损伤较大,可是磨损小,使用寿命较长 。由此可见,插座的使用寿命和BGA器件的焊球防护有着一定联系 。做好插座的使用寿命评估,对插座使用进行纪录、检查和更换是解决筛选历程中BGA焊球损伤的首选要领 。

 

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