機械應力導致線路板上BGA基座和焊點開裂案例分析

彭廷果　惠普貿易重慶有限公司　401332

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機械應力導致線路板上BGA基座和焊點開裂案例分析

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機械應力導致線路板上的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過程中經過的每一個工站，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測試結果：最大壓力小于200u，標準：400u。ICT工站Strain gauge測試結果都通過，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生的，該力在200u以下：符合標準。（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測試結果，猜想不良原因: 當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致BGA開裂。試驗結果: 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。

試驗結論: 組裝散熱片導致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。測試結果: 最大值為122u，小于標準400u，測試合格.

原因分析結果: 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，我們對機械應力導致線路板上BGA基座和焊點開裂有一個了解，在生產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,學歷:碩士,職稱:工程師,研究方向:質量,SMT組裝

【作者簡介】