BGA焊接失效分析報告

PCBA分析報告 樣品描述所送樣品包括三片PCBA（手機主板）、四片相應的空白PCB以及工藝過程中使用的CPU器件和焊錫膏，PCBA（手機主板）的型號為C389,樣品的外觀照片見圖1所示，委托單位要求對PCBA上的CPU與Flash器件焊接質量進行分析。焊錫膏空白PCBCPUFlashCPU器件圖1樣品的外觀照片分析過程2.1外觀檢查用立體顯微鏡對空白PCB和BGA器件進行外觀檢測，發(fā)現BGA器件的焊球大小均勻一致，共面性良好（見圖2和圖3）；空白PCB焊盤表面存在一些坑洼點（見圖4和圖5），除此之外未觀察到明顯的異常。圖2CPU器件中BGA焊球的外觀照片圖3CPU器件中BGA焊球的局部外觀照片PCBA分析報告 坑洼點圖4PCB板中CPU焊盤的外觀照片圖5PCB板中Flash的外觀照片2.2X-RAY檢測為了對焊點的內部狀況進行檢測，采用X射線系統(tǒng)對焊點質量進行無損檢測，（X-Ray的照片見圖6至圖9），由照片可觀察得出BGA焊點大小均勻一致，除發(fā)現焊點內部存在少量空洞外，未發(fā)現焊球錯位，焊料熔融不完全以及橋連等明顯焊接缺陷。圖6CPU焊點的X－ray典型照片圖7Flash焊點的X－ray典型照片圖8傾斜后觀察到的CPU焊點的X－ray照片圖9傾斜后觀察到的Flash焊點的X-ray照片PCBA分析報告 空洞空洞圖10部分CPU焊點的放大照片 圖11部分Flash焊點的放大照片2.3金相切片分析在樣品上截取失效的BGA器件，用環(huán)氧樹脂鑲嵌后打磨拋光，用金相顯微鏡觀察BGA器件焊點的金相切片，焊點的金相照片見圖12～圖25。其中CPU焊點的典型金相照片見圖12～圖19，由圖可以發(fā)現部分焊球焊料與PCB焊盤之間潤濕不良，未觀察到良好的金屬間化合物層，個別焊點甚至發(fā)現存在開裂現象；同時還觀察到焊球焊料熔融不完全，存在空洞等缺陷。圖12CPU器件部分焊點的金相照片圖13CPU器件正常焊點的典型金相照片PCB焊盤潤濕不良圖14焊料與焊盤潤濕不良的典型照片圖15焊點局部放大照片（見圖14紅框）PCBA分析報告 圖16出現空洞焊點的典型照片 圖17焊球焊料質量不良的典型照片裂縫圖18焊球與PCB焊盤出現裂縫的典型照片1圖19焊點局部放大照片（見圖18紅框）AB20焊球與PCB焊盤出現裂縫的典型照片2圖21焊點局部放大照片（見圖20紅框）22～圖27是Flash焊點的典型金相照片，由圖同樣可以發(fā)現部分焊球焊料與PCB焊盤之間潤濕性不夠良好，焊料與焊盤之間未形成良好的金屬間化合物層。PCBA分析報告 圖22Flash焊點的典型金相照片圖23正常焊點的典型金相照片潤濕不良圖24出現空洞焊點的典型照片圖25焊球焊料與焊盤潤濕性不良的典型照片焊球焊料出現開裂圖26焊料熔融不完全的典型照片圖27焊點局部放大照片（見圖24紅框）由以上BGA焊點的金相照片分析發(fā)現，部分BGA焊球焊料與PCB焊盤潤濕性不良，存在裂縫以及焊料熔融不良等現象，這說明焊球焊料與焊盤之間未形成良好的金屬間化合物層。而導致焊球焊料與PCB焊盤潤濕不良的原因可能存在如下幾方面：（1）PCB焊盤氧化嚴重或沾污外來污染物導致焊盤的可焊性不良。（2）使用的焊錫膏潤濕性不良。（3）BGA焊錫球可焊性不良。為了分析BGA焊球的質量對，未使用的CPU焊球和從所送手機主板上脫落的CPUPCBA分析報告 焊球進行金相切片分析，發(fā)現無論是未使用的CPU焊球還是脫落的CPU焊球焊料熔融均不夠良好，焊球內部發(fā)現存在裂縫等缺陷，這說明BGA焊球質量不夠良好。圖26脫落焊球的典型照片1 圖27脫落焊球的典型照片2圖28脫落焊球的局部放大照片圖29脫落焊球內部出現裂縫的典型照片圖28未使用的CPU焊球的典型照片1圖29未使用的CPU焊球的典型照片2PCBA分析報告 圖30未使用的CPU焊球的典型照片1圖31未使用的CPU焊球的典型照片22.4焊錫膏潤濕性分析按照IPC-TM-650.2.4.45的要求對工藝過程中使用的焊錫膏的潤濕性進行測試，發(fā)現所使用的焊錫膏的潤濕性良好（焊錫膏的可焊性試驗照片見圖26和圖27）。圖26焊錫膏潤濕性試驗的典型照片1圖27焊錫膏潤濕性試驗的典型照片22.5空白PCB板焊盤的可焊性試驗按照IPC-STD-003（SolderabilityTestsforPrintedBoards）要求，對委托單位所送的空白PCB的可焊性進行測試，試驗溫度為235,試驗時間為3S,所使用的助焊劑為中性助焊劑（焊錫膏的可焊性試驗照片見圖28和圖29），發(fā)現空白PCB的部分焊盤的可焊性較差（見圖中紅色箭頭所指的黃色焊盤），焊料對焊盤的潤濕不良或弱潤濕，這說明BGA金相切片中發(fā)現的焊球與焊盤潤濕不良與PCB部分焊盤的可焊性不良有關。而引起焊盤可焊性不良的原因可能是焊盤氧化嚴重或表面沾污有機物。PCBA分析報告 圖28PCB焊盤可焊性試驗的典型照片1圖29PCB焊盤可焊性試驗的典型照片22.6SEM和EDAX分析首先對圖21所示的開裂焊點進行EDAX分析，發(fā)現標識A處焊盤處的主要的元素成分為鎳(Ni)和磷(P)以及少量的錫（Sn）（見圖30），由于錫含量較少，這說明開裂是位于PCB焊盤上的鎳鍍層與焊料之間，同時也說明PCB焊盤上的鎳鍍層與焊料之間未形成良好的金屬間化合物層。30裂縫A處PCB焊盤的能譜圖31是圖21標識B處焊料的能譜圖，由圖可發(fā)現主要含有錫（Sn）,磷（P），鎳(Ni),碳（C）等元素，由譜圖中檢測到鎳含量較多，這也能進一步說明PCB焊盤上的鎳鍍層與焊料之間未形成良好的金屬間化合物層。PCBA分析報告 圖31裂縫B處焊料的能譜圖另外，對CPU器件脫落的PCB焊盤進行SEM觀察，發(fā)現焊盤表面存在較多的裂縫，這說明鎳鍍層的表面的致密性較差（見圖32和圖33），因此，后續(xù)浸金工藝中的酸液容易殘留其中，致使鎳鍍層腐蝕氧化，這必將導致焊盤的可焊性不良。圖32CPU器件脫落的PCB焊盤典型外觀照片1圖33CPU器件脫落的PCB焊盤典型外觀照片2接著對空白PCB的焊盤進行SEM觀察，發(fā)現焊盤表面存在裂縫，這說明金鍍層的表面的致密性不夠良好（見圖34和圖35），對焊盤進行EDAX分析（結果見圖36），發(fā)現主要存在碳（C）,鎳(Ni)和金(Au)等元素，由焊盤表面含有碳，這說明焊盤表面粘附的外來污染物為有機物。PCBA分析報告 裂縫裂縫圖34空白PCB上CPU焊盤外觀的典型照片圖35空白PCB上FLASH焊盤外觀的典型照片圖36空白PCB焊盤的能譜圖綜合分析由BGA焊點的金相切片和X－ray可見，BGA焊球焊料與PCBA焊盤潤濕性較差，焊料與焊盤之間未形成良好的金屬間合金層，因而焊料與焊盤之間的結合力較差，致使焊點容易出現裂縫。而導致焊球焊料與PCB焊盤潤濕不良的原因可能存在如下幾方面：PCB焊盤氧化嚴重或沾污外來有機物導致焊盤的可焊性不良。使用的焊錫膏可焊性不良。BGA焊錫球質量較差，可焊性不良。(2)對未使用的BGA器件焊球和脫落的BGA焊球進行外觀及金相切片分析，發(fā)現BGA球大小均勻一致，焊球共面性良好，但焊球焊料熔融不夠良好，焊球內部發(fā)現存在裂縫等缺陷，這說明BGA焊球質量不夠良好；而從脫落的CPU器件的焊點來看，脫落位置主要位于焊盤與焊料的連接處，并不是焊球本身開裂而脫落，這說明PCBA分析報告 BGA焊球質量較差并不是導致BGA焊球焊料與PCBA焊盤潤濕性較差的主要原因。(3)進行焊錫膏的可焊性試驗，發(fā)現焊錫膏的可焊性良好，這說明BGA金相切片中發(fā)現的焊球與焊盤潤濕不良并不是由于所使用的焊錫膏可焊性較差引起的。(4)進行空白PCB焊盤可焊性試驗，發(fā)現PCB焊盤的可焊性較差，說明焊球與焊盤潤濕不良和結合力不強與PCB焊盤的可焊性較差有關；對空白PCB焊盤和器件脫落的PCB焊盤進行SEM觀察和EDAX分析，發(fā)現金鍍層和鎳鍍層表面存在裂縫，鍍層的致密性不夠良好，這容易導致鎳鍍層氧化腐蝕而使焊盤的可焊性不良，同時焊盤表面檢測到沾污外來的有機污染物。因此，可分析得出PCB焊盤可焊性較差可能一