电子封装考试总复习剖析.doc

案例一 现象描述： 1.某PCBA产品板，发现某块BGA器件虚焊严重，涉及上千块需要更换BGA器件，而且多个批次都有，该板子的PCB焊盘表面工艺为HASL·Sn(喷纯锡) 2.X-Ray焊点结构观察，发现部分焊点有小孔洞，且均发生在焊盘面上： 3.切片分析：选两块不良PCB板进行切片，发现其他器件的焊点也存在有润湿不良的虚焊现象，或者在界面上有微裂纹； 4.进行染色试验：对BGA芯片互联焊点进行红墨水染色试验，发现许多焊球和焊盘的界面上都出现染色情况； 5.产品焊接工艺为有铅再流焊。 形成原因及机理分析： 1.根据前述情况，可以确定是PCB焊盘的可焊性发生问题； 2.考虑到PCB焊盘工艺为喷纯锡，而焊接工艺为有铅再流焊，查找纯锡的熔点为232℃，可以判断是有铅再流焊工艺和喷纯锡焊盘之间焊接不兼容。主要机理原因如下： 1）有铅再流焊是，峰值温度不会超过225℃，若PCB板焊盘采用锡铅合金（Sn37Pb63,熔点183℃）工艺则温度可以很好的匹配，而喷纯锡工艺显然温度不兼容； 2）氧化锡的自由能低于氧化铜，这表明锡比铜更易氧化，同时去氧化时也更难。因此对于喷纯锡工艺的PCB焊盘，焊接时需要活性更强的助焊剂，使用有铅类型的助焊剂很容易达不到去氧化效果； 3）基于以上两点，可以确定采用有铅焊膏及有铅再流焊工艺进行焊接，必然导致喷纯锡工艺PCB板出现虚焊现象。 解决措施： 1）关注PCB焊盘涂层工艺，有铅再流焊工艺不能使用喷纯锡工艺； 2）或者采用更高焊接温度及使用无铅焊膏。对于已经发现的不良产品，可以在BGA返修台上，用235℃峰值温度进行重焊（不建议）。 案例二 现象描述： 1.某通信设备企业的一块通信产品板，采用了从美国CMD公司购进的一批QFP封装的器件，发现焊接后虚焊比例较高而导致停线； 2.切片焊点结构看SEM图，发现焊接引脚表面润湿性能差，润视角θ≥90°，引脚与焊料界面未见生成IMC； 3. 沿引脚方向横向切片，发现焊料沿两侧壁爬升高度低于引脚厚度的25%； 4.仔细分析IMC层，发现焊料和焊盘间有良好的IMC层，而焊料和引脚间却没有； 5.器件引脚及镀层为铜基加Ni-Pd-Au镀层； 形成原因及机理分析： 1.根据前述情况，可以确定是引脚表面可焊性差导致的，属于器件供货方问题； 2.要机理原因如下： 1）引脚镀Ni-Pd-Au可以避免镀Ni-Au的黑盘问题。焊接时，熔融焊料先与Au形成AuSn4合金层，但是因为Pd镀层可焊性差，较难融入焊料，而只有焊料突破Pd镀层后才能与Ni发生冶金反应生成NiSn4的IMC； 2）对于普通免清洗再流焊焊膏，在有限的焊接时间内很难将Pd融入焊料，从而生成良好的IMC层，因此导致了大量虚焊； 解决措施： 1）由器件供货方CMD公司提供匹配的焊膏，并设置相应的焊接工艺； 2）选用其他镀层器件取代。 案例三 现象描述： 1.某通信终端产品在服役期进行大范围客户问题调查，发现大部分焊点实效几乎集中在μBGA，CSP等细间距球栅阵列封装芯片在焊点上； 2.有些BGA器件在撕条码时就把器件带出； 3.用显微镜观察脱落焊盘，发现有发黑变暗现象； 4.用微光学视觉检测系统察看多数BGA焊点，发现既有焊接良好的焊点，也有焊点表面呈桔皮状的冷焊点，也有焊盘润湿不良导致的虚焊点，还有焊料球未熔融的焊点； 5.进行可靠性试验后观察焊点，发现如下现象： ①焊盘侧断裂面发黑，有些脱落是直接发生在Ni层上； ②直接掉落芯片的焊盘，呈严重发黑现象，焊盘已经完全失去可焊性； ③SEM分析发现，黑区域就是镀Ni层，有些已经腐蚀得非常严重。 形成原因及机理分析： 根据前述情况，可以确定焊点存在虚焊和冷焊； 虚焊主要是被焊金属表面氧化、污染、不可焊等导致，其中镀层工艺不良是主要原因； 冷焊显然是焊接工艺上出现热量供应不足导致。 解决措施： 1.虚焊采用更好的镀层工艺，提供复合涂层，以及选择性OSP工艺，可以抑制虚焊现象的发生； 2.冷焊需要采取更好的再流焊温度曲线，提升焊接过程的热量供应，同时正确选择再流焊设备，有铅制程最好选择8温区焊炉，无铅制程选择10/12温区。 案例四 现象描述： 1.某PCB产品板，上线组装发现组焊（绿油）层起泡，不良率为100%； 2.绿油起泡位置下都有焊料，取PCB板进行测定，发现绿油层厚符合要求，涂敷工艺及库存环境都符合要求； 3.进一步取PCB板两块，直接过炉后，发现没起泡脱层现象； 4.涂敷焊膏后再过炉，发现都有起泡现象。 形成原因及处理分析： 1.根据前述情况，可以确定是PCB绿油层和焊膏不匹配导致的问题； 2.焊膏与阻焊层绿油不匹配导致的不良，主要体现在以下方面： 1）、焊膏助焊剂的活性强弱的影响：助焊剂活性强则其有机酸含量就多，故对油墨的腐蚀性就强； 2）、由