主板BGA開裂失效分析

背景：

客戶生產的主板上的BGA在第二次過爐后出現開裂現象，斷裂發生在組件側。故委托實驗室進行分析，以便找到失效原因。 

分析結果： 

1.熒光劑浸泡+冷拔+斷口分析結果，排除“金脆”引發BGA開裂的可能性。 

2.動態翹曲度測試結果表明，PCB四連板在加熱過程中變形明顯，呈現中間下凹、左右兩邊上凸的形態。且其在冷卻完成后翹曲最嚴重。

3.開裂焊點統計結果顯示，開裂多發生在未植球的空白區域附近，且部分區域的焊點開裂更嚴重，與翹曲有一定的關聯性。綜合各測試結果，推測離PCB中間區域越近的BGA錫球，越容易產生開裂。 

4.原物料切片后發現部分錫球存在原始微裂紋。推測有原始微裂紋的錫球在焊接過程中，PCB板翹曲變形，使得裂紋擴張，造成錫球開裂。 

失效癥狀：

BGA開裂 

根本原因： 

BGA原物料具有原始微裂紋，PCB在焊接過程翹曲變形，使裂紋擴張，造成開裂。 

改善建議：

1.管控BGA在焊接過程中的翹曲。

2.嚴格管控BGA的來料品質。 

客戶生產的主板上的BGA在第二次過爐后出現開裂現象，斷裂發生在組件側。

PCB表面處理為化鎳浸金。

對不良BGA進行切片，在第4排錫球（Row4）發現有開裂，開裂發生在BGA側，裂紋沿著IMC擴展，且斷口焊錫有重熔現象。推斷開裂和翹曲有關，可能發生在第一次過爐的降溫階段或者第二次過爐的升溫階段。

此外在斷口部分區域發現有Au元素富集現象，需對“金脆”現象進行排除。

冷拔+斷口分析

將主板浸泡在濃度為3%的熒光劑水溶液，抽真空，干燥后，對BGA位置進行冷拔。在紫外光下觀察焊點發光情況，確認開裂狀況。

對焊點開裂區域進行檢查，未發現明顯的Au元素富集，排除“金脆”引發BGA開裂的可能性。

對PCB四聯板進行動態翹曲度測試，結果如上所示。PCB在室溫即存在一定扭曲，中間下凹、左上角和右下角有一定凸起。

PCB四聯板在升溫過程中會逐漸軟化變形，呈現中間下凹、左右兩邊上凸的形態，一直到降溫結束，這種形態都沒有明顯改變。在最后冷卻到室溫時，出現了一個翹曲的極值。所以此PCB在第一次過爐后，冷卻完畢會出現一個最大翹曲。

對僅B面打件的小板進行動態翹曲度測試，結果如上所示。未發現明顯的翹曲變化。單獨的小板翹曲并不嚴重，小板上塑料件的存在也并未加劇PCB的翹曲。

對不良品的BGA錫球高度進行統計。結果顯示BGA錫球呈現中間高兩邊低的現象，錫球高度受到了翹曲的影響。

BGA左側的錫球，裂紋多出現在左邊；右側的錫球，裂紋多出現在右邊。與翹曲有一定的關聯性。

對不良BGA錫球開裂狀況進行統計。結果表明，開裂多發生在未植球的空白區域附近，且部分區域（紅框位置）的焊點開裂更嚴重。

PCB四聯板在加熱過程中，中間區域（紅圈位置）會出現軟化下凹，變形明顯。

綜上推測：離PCB中間區域越近的BGA錫球，越容易產生開裂。

對1pcsBGA原物料進行切片，發現部分錫球的邊角已經有細小缺口或微裂紋。第一排25個錫球里有三個球發現微裂紋或小缺口。

小缺口區域有IMC生成，推測其產生原因可能和植球時的邊角退潤濕有關。

綜上，推測有原始微裂紋的錫球在焊接過程中，PCB板翹曲變形，使得裂紋擴張，造成錫球開裂。

結論

1.主板的BGA 開裂發生在組件側IMC層且斷口有二次重熔現象。斷口部分區域有Au元素富集現象。

2.熒光劑浸泡+冷拔+斷口分析結果，排除“金脆”引發BGA開裂的可能性。

3.動態翹曲度測試結果表明，PCB四連板在加熱過程中變形明顯，呈現中間下凹、左右兩邊上凸的形態。且其在冷卻完成后（255℃降至25℃）翹曲最嚴重。

4.開裂焊點統計結果顯示，開裂多發生在未植球的空白區域附近，且部分區域的焊點開裂更嚴重，與翹曲有一定的關聯性。綜合各測試結果，推測離PCB中間區域越近的BGA錫球，越容易產生開裂。

5.原物料切片后發現部分錫球存在原始微裂紋。推測有原始微裂紋的錫球在焊接過程中，PCB板翹曲變形，使得裂紋擴張，造成錫球開裂。

·改善建議

1.管控PCB在焊接過程中的翹曲。

2.嚴格管控BGA的來料質量。