BGA錫球裂開的改善對策

一般公司的新產(chǎn)品開發(fā)偶爾會遇到裸機高處落下的【沖擊測試（drop test）】后發(fā)生BGA錫球裂開的問題，如果RD有比較好的sense，就應(yīng)該把產(chǎn)品拿去做一下應(yīng)力應(yīng)變分析，而不是直接就把所有的BGA掉落問題都賴給PCBA制造工廠的SMT制程。

就深圳宏力捷的經(jīng)驗來看，BGA錫球裂開的問題其實很難僅靠工廠的制程管理與加強焊錫來得到全面改善，如果產(chǎn)品設(shè)計時RD可以多出一點力氣，制造上就會省下很多的成本。

以下面這個案例來說，可以省下底材填充膠(Underfill)的材料費與工時費用，這還包含了間接管理與修復(fù)的費用，也可以提高產(chǎn)品的信賴度，更可以降低日后可能的市場商譽品質(zhì)損失。

（BGA錫球開裂問題其實牽涉到很多的環(huán)節(jié)，「焊錫不良」只是其中一項而已，很多人一看焊錫開裂的第一個反應(yīng)就是焊錫不良，但站在科學(xué)客觀的角度來看問題時，只要看到焊錫的IMC有均勻的長成，基本上焊錫就沒有太大的問題，再來就得探討應(yīng)力與焊錫強度的關(guān)系了，因為不論焊錫再如何加強，其承受應(yīng)力的能力提升總是有限的，一定應(yīng)力大于焊錫強度，焊錫破裂是可想而知的，所以在檢討完焊錫品質(zhì)后，接下來就該檢討如何消除應(yīng)力的來源與加強機構(gòu)的抗應(yīng)力設(shè)計了，本案例已經(jīng)是先確認(rèn)焊錫沒有問題，所以才會要求RD加強機構(gòu)設(shè)計來改善應(yīng)力沖擊。）

其實BGA錫球開裂的最大問題十有八九都來自于應(yīng)力(Stress)，不管是SMT回焊高溫時板子彎曲變形所形成的應(yīng)力，還是產(chǎn)品因為機構(gòu)組裝所形成的應(yīng)力，或是因為客戶使用時撞擊，或不慎掉落地面所造成的外力，這些其實都是應(yīng)力的來源，如果設(shè)計之初就可以模擬各種狀況做應(yīng)力應(yīng)變分析，并針對可能產(chǎn)生應(yīng)力的部份做一些設(shè)計調(diào)整以降低應(yīng)力的影響，相信可以讓BGA產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)更加穩(wěn)定，甚至還可以移除一些不必要的underfill制程，達到節(jié)省成本的利益。

不知是否因為深圳宏力捷對新產(chǎn)品有過多次的類似要求，還是大家終于認(rèn)識到設(shè)計影響制造的嚴(yán)重性，公司這次新產(chǎn)品的設(shè)計團隊總算有個比較好的回應(yīng)，也花了心思做了BGA錫球開裂的特性要因分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力的來源，并且做了設(shè)計變更來改善這個BGA錫球開裂的問題，當(dāng)然有先用mockup的材料來做驗證，結(jié)果也著實讓人滿意，事后實際修模生產(chǎn)后再做最終QA驗證也都沒有再發(fā)現(xiàn)BGA開裂的問題，真心希望這個「應(yīng)力應(yīng)變驗證動作」以后會是RD驗證的標(biāo)淮程序。

利用應(yīng)變計(Strain Gauge)驗證機構(gòu)設(shè)計變更前后對BGA錫球開裂位置的應(yīng)變量分析

以下就是這款產(chǎn)品的大概設(shè)計外型與BGA所在位置，為了方便客戶使用時不至于發(fā)生屏幕反光，所以產(chǎn)品設(shè)計了一個類似收銀機的傾斜屏幕，也就是這個傾斜角讓BGA零件在產(chǎn)品做正背面落下測試時承受了巨大的電路板變形量，以致造成BGA錫球裂開，因為產(chǎn)品的側(cè)邊(side)及角落(corner)摔落都沒有發(fā)現(xiàn)問題，以前的例子幾乎都是在角落摔出問題的。

既然知道可能的問題出在電路板變形量過大，于是在電路板上黏貼【應(yīng)變計(Strain Gauge)】，所先量測未改善前的應(yīng)變量數(shù)據(jù)，然后在電路板等主要組件不變得情況下，更換改善后的機構(gòu)再做一次應(yīng)變量的量測。

改善方法是在BGA零件的附近新增塑膠機溝肋柱(rib)來頂住電路板以降低電路板在落下時的變形量，參考上圖的[New add rib]。

因為在做這個動作時產(chǎn)品的大部分設(shè)計都已經(jīng)完成了，所以改善的方法就是盡量找到一個空間可以用來增加支撐柱，讓電路板在落下變形時有硬物可以支撐住，以降低其變形量。

既然知道可能的問題出在電路板變形量過大，于是在電路板上黏貼應(yīng)力計(Stress Gauge)然后先量測未改善前的應(yīng)力數(shù)據(jù)。改善方法是在BGA的附近新增機溝肋柱(rib)來頂住電路板以降低電路板在落下時的變形量。

應(yīng)變計量測機構(gòu)改善前后的應(yīng)變量

下表列出改善前與改善后(增加rib)的微應(yīng)變量(Micro-Strain，x106)實際量測值。就如同預(yù)期的，在正面（傾斜面）落下時的應(yīng)變量改善達到106，因為產(chǎn)品正面(Top)外型有個彎曲傾斜角，比較容易因為外力而造成彎曲；而背面（Bottom）為平面落下的應(yīng)變量改善則比較小，只有42。

由此可見增加一根肋條(rib)就可以達到一定程度的電路板變形量改善。這個應(yīng)變值量測的是電路板的Z方向，但是只有X軸的Z值，如果可以加測Y軸的Z值會更有參考價值。

這項設(shè)計變更執(zhí)行后，經(jīng)過DQ重新驗證落下測試的效果，證實BGA沒有再出現(xiàn)開裂的問題。

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