彭廷果　惠普貿(mào)易重慶有限公司　401332

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機械應(yīng)力導(dǎo)致線路板上BGA基座和焊點開裂案例分析

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機械應(yīng)力導(dǎo)致線路板上的BGA基座和焊點開裂是BGA開路不良現(xiàn)象之一，接下來我們用一具體案例來分析和了解該類不良。

1　問題描述

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

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

2　原因分析

檢查回流焊的溫度曲線，沒有發(fā)現(xiàn)異常。重新分析了該機臺在生產(chǎn)過程中經(jīng)過的每一個工站，發(fā)現(xiàn)線路板ICT（In Circuit Tester）電性測試工站和組裝工站都有機會造成BGA焊點錫裂的風(fēng)險。因為ICT電性測試時，ICT測試探針會壓到該BGA表面，因而有機械應(yīng)力作用到BGA表面。

于是我們對ICT工站和組裝工站作Strain gauge測試。

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

組裝工站Strain gauge測試:

組裝工站Strain gauge測試點位在BGA兩端靠近散熱片彈簧柱的位置。

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

測試結(jié)果：（1）在該彈簧柱組裝過程中，有一個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）但是還有另外一個由下向上的力作用在BGA上。

根據(jù)Strain gauge測試結(jié)果，猜想不良原因: 當(dāng)壓散熱片兩端的彈簧柱, 然后松開后，彈簧因延伸開來對散熱片有一個由下向上的反彈力，由于散熱片粘合在BGA表面上，因而散熱片對BGA有一個由下向上的反沖力，該反沖力過大導(dǎo)致BGA在基座處開裂。

那怎樣驗證這個猜想呢?

3　實驗驗證

3.1BGA不良點位位置分析

將所有實際產(chǎn)生的17片不良BGA開路的點位作一個統(tǒng)計分析圖發(fā)現(xiàn)所有不良點位都集中在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有組裝彈簧柱而沒有該不良。該數(shù)據(jù)表明BGA開裂的焊點位置和組裝散熱片的彈簧柱的位置有強相關(guān)性。

3.2試驗驗證

試驗計劃: 在組裝散熱片前用萬表用量測BGAA1, B1, A18, B18, V18 確保沒有開路不良。然后再組裝散熱片。組裝散熱片后，再用萬表用量測這些點位看有無開路不良。如果有,就可以確定是組裝散熱片導(dǎo)致BGA開裂。試驗結(jié)果: 組裝前用萬用表量52片板子A1, B1, A18, B18, V18點位沒有發(fā)現(xiàn)不良,但在組裝散熱片后發(fā)現(xiàn)有6 片不良。

試驗結(jié)論: 組裝散熱片導(dǎo)致BGA焊點開裂不良。

進一步研究散熱片固定柱上的彈簧發(fā)現(xiàn)用在開裂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開裂BGA位置上的彈簧系數(shù)為0.9kfg/mm, 而其他沒有開路不良的BGA 位置的彈簧系數(shù)為0.47kfg/ mm或0.2kfg/mm。

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

原因分析結(jié)果: U64, U65開裂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, 當(dāng)散熱片的固定柱被壓到線路板的孔里面后, 操作員松開固定柱, 散熱片固定柱上的彈簧因延伸開來對散熱片產(chǎn)生一個由下向上的反沖力, 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裂。

4　解決方案

將U64, U65開裂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片沒有類似BGA開裂不良。

通過該案例的分析，我們對機械應(yīng)力導(dǎo)致線路板上BGA基座和焊點開裂有一個了解，在生產(chǎn)中如果遇到類似問題，我們可以參考該案例來分析問題，解決問題。

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

【作者簡介】