降低BGA焊點失效率的QC成果總結(jié)-板報版

降低售后手機BGA焊接失效

的比率

深圳康佳通信科技有限公司BGA焊接QC小組第一頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開一、概況

隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人們消費觀念的轉(zhuǎn)變，人們對電器產(chǎn)品的要求不再只是滿足某一項特定的需求，更多地對外觀、尺寸大小、多功能集成等提出了更高的要求，為了滿足這一要求，BGA封裝的IC在電器產(chǎn)品中得到了廣泛應用，而且其集成度越來越高，體積越做越小，對貼片精度和焊接的可靠性也提出更高的要求；通信產(chǎn)品的BGA一般都是0.5、0.65mm的間距小BGA,售后產(chǎn)品的BGA焊接失效問題一直是困擾各大廠商的重大難題，其可維修性相對較差，維修需要特定的工具，維修周期長，直接關(guān)系到公司的品牌聲譽和經(jīng)濟效益；降低BGA焊接失效的比率也是我司的迫切需求。第二頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開二、小組簡介1、小組情況：小組名稱BGA焊接QC小組成立時間2005年2月課題名稱降低售后手機BGA焊接失效的比率小組類型攻關(guān)型活動時間2005.2~2006.1小組學習情況接受TQC、TL9000和6sigma培訓平均約為120課時；小組活動情況共活動17次使用工具頭腦風暴法、系統(tǒng)圖、點檢表、DOE等第三頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開2、小組成員簡介序號姓名性別文化職務組內(nèi)職務1楊春華男本科高級工藝工程師組長2賀大成男本科質(zhì)管TQM工程師副組長3梁勇男本科SMT主管組員4謝水興男本科SMT助理廠長組員5運治任男本科開發(fā)硬件工程師組員6易耀師男本科開發(fā)硬件工程師組員7孫小蘭女大專制造二廠質(zhì)量主管組員8袁永華男大專制造二廠技術(shù)主管組員9羅芳男大專品質(zhì)部工程師組員第四頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開QC活動流程圖6、制定對策7、對策實施5、要因確認10、鞏固措施8、效果檢驗11、今后課題NOYes4、原因分析3、目標設(shè)定與可行性分析2、現(xiàn)狀分析1、選題9、經(jīng)濟效益第五頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開三、選題理由制程能力提升手機正在朝小、薄和多功能的方向發(fā)展，PCB板的貼片密度會越來越高，BGA的封裝尺寸將進一步縮小，制造難度也越來越高，相應的對制程能力的要求也越來越高；對早期返修機和保內(nèi)維修機的分析中發(fā)現(xiàn)，屬于BGA焊接問題引起的故障機約占總體故障機的10%—20%；而且這類故障機難以檢測和維修，維修時BGA的報廢率相當高，而BGA是手機最貴重的IC之一；成本控制國產(chǎn)手機經(jīng)歷了一個嚴冬，消費者對國產(chǎn)手機的質(zhì)量狀況普遍信心不足，在99-02年期間被國產(chǎn)手機占領(lǐng)的市場份額正一步步被產(chǎn)品質(zhì)量問題所葬送，因BGA焊點失效引起的維修周期長、多次維修嚴重打擊了消費者對國產(chǎn)手機的信心；市場壓力降低售后手機BGA焊接失效的比率第六頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開四、現(xiàn)狀調(diào)查1、對2004年9月份至2005年1月份的售后BGA焊接失效情況統(tǒng)計如下表：月份失效率備注04年09月1.25%1、由于行業(yè)的特殊性，不宜公布各月份的零售數(shù)和售后焊接失效數(shù)等敏感數(shù)據(jù)；2、BGA焊接失效的定義：經(jīng)過二廠排查完其他原因，確認為BGA問題，但是拆B(yǎng)GA后，測試BGA正常，則定義為BGA焊接失效;3、統(tǒng)計方法：04年10月0.80%04年11月1.11%04年12月0.66%05年01月1.05%平均0.86%第七頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開2、BGA焊接失效比率變化趨勢圖：第八頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開五、目標設(shè)定和可行性分析1、經(jīng)過全員討論，我們設(shè)定了活動目標：早期返修BGA焊接失效比率下降到0.2%；第九頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開2、可行性分析：目標是可以實現(xiàn)的公司各級領(lǐng)導重視和支持，小組成員具有強烈的創(chuàng)新意識和開拓精神；擁有一流的SMT貼片設(shè)備和檢測設(shè)備；有多年的手機研發(fā)、生產(chǎn)、維修經(jīng)驗。具有一支技術(shù)精湛，能打硬仗的技術(shù)隊伍；工人都經(jīng)過了嚴格的培訓，具有高品質(zhì)的調(diào)整作業(yè)能力；對部分國內(nèi)一流手機廠商進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有廠商能夠在1-2款機型上達到早期返修BGA焊接失效比率≤0.2%的目標；第十頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開六、活動計劃1、由于這個項目是業(yè)內(nèi)的一大難題，而且由于BGA焊接失效的比率為1%左右，需要驗證BGA焊接可靠性的試驗基本上都是破壞性的試驗，而且不能完全模擬到用戶的實際使用狀況，因此我們選擇了售后質(zhì)量跟蹤的形式來對改善效果進行驗證，相應的活動周期設(shè)定的較長，為1年時間；第十一頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開2、詳細活動計劃日期項目05.205.305.405.505.6-05.805.905.10-05.1206.1責任人主題選定全員了解現(xiàn)狀全員確定目標全員制定活動計劃賀大成初步原因分析全員研究對策實施全員階段效果跟進孫小蘭檢討并進一步提出對策并實施全員效果跟進孫小蘭反省和以后的發(fā)展全員計劃實際第十二頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開七、原因分析人機料法售后BGA焊接失效比率較高測溫儀回流爐印刷錫膏厚度不均結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理溫區(qū)不夠精度不夠錫膏印刷機貼片機貼片精度不夠BGA焊盤小PCB剛度不夠Ni-Au板焊點容易失效焊盤強度不夠錫膏成分不是最佳操作不當培訓不足環(huán)MSD處理不當SMT車間溫濕度控制不到位第十三頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開八、要因確定

序號原因項目實際情況確認調(diào)查人結(jié)果01PCB板的剛度不夠1、手機裝配后只有邊緣上有支撐點，而CPU的位置基本上都是在中部，剛度最小，在用戶按鍵時PCBA板受力后變形最大，BGA焊點容易疲勞損壞；通過對50PCS故障板進行阻值測試，對6PCS故障板進行紅墨水及切片試驗發(fā)現(xiàn)失效焊點都集中在形變最大的兩個邊及兩對角上。2、PCB板厚為0.8mm左右，PCB板較軟；賀大成是主因02BGA焊盤偏小經(jīng)測量BGA的Pad為0.25mm，經(jīng)評估加大到0.316mm應該不會引起短路、連錫等質(zhì)量問題，IC廠商基本認同這一觀點，后續(xù)會考慮導入。楊春華以后可以考慮03錫膏成分不是最佳經(jīng)過對幾個知名品牌（Longtai,KOKI,ALPHA等）的錫膏做試驗驗證發(fā)現(xiàn)：焊接質(zhì)量和這幾種錫膏的相關(guān)性很??；所有小組成員非主因04PCB一側(cè)的焊點強度不高在做6PCS的紅墨水試驗中發(fā)現(xiàn)：拔起B(yǎng)GA可以看到共有23個在PCB一側(cè)的焊點斷裂.（用的是M929進行試驗，單個BGA焊點數(shù)為260個）；楊春華賀大成是主因05Ni-Au板焊點容易失效對早期返修的Ni-Au板拆卸BGA發(fā)現(xiàn)存在“blackpad”現(xiàn)象,導致BGA焊點過早失效；信息產(chǎn)業(yè)部第5研究所的切片實驗發(fā)現(xiàn)BGA焊點的合金層同鎳層之間有裂縫，判斷為PCB制作采用化鎳沉金ENIG制作工藝造成的BGA小焊盤出現(xiàn)“blackpad”隱患。楊春華是主因第十四頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開序號原因項目實際情況確認調(diào)查人結(jié)果06貼片機貼片精度不夠我司使用的是松下的貼片機，經(jīng)過廠家核準相關(guān)指標完全符合要求；謝水興非主因07錫膏印刷厚度不均，部分焊盤的焊錫充滿度不夠經(jīng)對印刷錫膏厚度的測試，其CPK為0.8左右，偏低；錫膏厚度不均會造成焊點成型大小不一致，受力不均，部分偏小焊點提前失效，影響焊接質(zhì)量；賀大成羅芳是主因08回流爐的溫區(qū)不夠回流爐使用的是業(yè)界普遍使用的7溫區(qū)回流爐。謝水興非主因09測溫儀的測溫精度不夠經(jīng)過校準，測溫儀的測試精度能夠達到+/-0.3度，滿足要求；梁勇非主因10人員培訓不足對操作員工進行了書面和操作的考試，能夠達到要求；謝水興非主因11結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理按鍵的力度全部直接作用于PCB板上，沒有避免PCB板的中部受力；運治任是主因12MSD處理不當濕敏感元件都已嚴格按照《濕敏感元件處理指引》執(zhí)行。楊春華非主因13SMT車間溫濕度控制不到位在SMT車間放置了5臺抽濕機和單獨的中央空調(diào)，通過溫濕度儀長期監(jiān)測，溫度一直控制在24±2℃，濕度一直控制在40%-60%，完全符合要求；謝水興非主因第十五頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開九、對策研究與實施1、經(jīng)過認真分析、總結(jié)，小組一起制定了如下對策表：

序號要因責任人對策措施開始導入時間措施導入完成時間01PCB板的剛度不夠易耀師運治任1、增加PCBA板裝配后的支撐;2、把PCB的厚度從0.8mm加厚到1mm;05年4月05年5月02Ni-Au板焊點容易失效楊春華梁勇導入OSP板替代Ni-Au板05年4月05年5月03PCB一側(cè)的焊點強度不高楊春華梁勇采用NSMD工藝替代SMD工藝，對BGA封裝的IC進行底部填充處理；05年4月05年5月04錫膏印刷厚度不均，部分焊盤的焊錫充滿度不夠賀大成梁勇謝水興調(diào)整印刷錫膏機的刮刀壓力、刮刀速度、脫模速度和拼板支撐；把錫膏應刷作為關(guān)鍵工位，并做SPC控制；05年4月05年5月05結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理易耀師運治任在結(jié)構(gòu)上避免按鍵力度直接作用于PCBA板上；05年4月05年5月第十六頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開2、各要因的對策實施情況：a、PCB板的剛度不夠?qū)Σ邔嵤僭谑謾C后殼上設(shè)計塑膠凸棱，在BGA的四周形成支撐邊，如下圖所示：

后殼對PCBA形成牢固的支撐，增強PCBA的剛度；②把PCB板的厚度從0.8mm加厚到1mm;實施效果①原來BGA的四邊分別到最近支撐點的平均距離為：45mm；改善后，BGA四邊離最近支撐邊的平均距離分別為：11mm；大大改善了BGA焊盤處的PCB剛度；②PCB板厚度加厚到1mm改善了PCB板本身的剛度；53mm8mm第十七頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開b、Ni-Au板焊點容易失效對策實施用OSP板替代Ni-Au板；實施效果通過對OSP板的周轉(zhuǎn)板維修發(fā)現(xiàn):OSP板沒有Ni-Au板存在的‘blackpad’缺陷；但是OSP板對生產(chǎn)安排提出了更高的要求：從拆包裝到SMT貼片焊接完成的間隔要小于8個小時，經(jīng)過工藝調(diào)整能夠達到要求。c、PCB一側(cè)的焊點強度不高對策實施1：把SMD工藝的焊盤改為NSMD工藝的焊盤，如下圖所示：改為

實施效果1：根據(jù)IPC-7095,采用NSMD工藝使焊錫圍繞在焊盤邊緣可以明顯改善焊點的可靠性。（沒有另外安排試驗進行驗證）第十八頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開對策實施2對BGA導入Underfill（底部填膠）工藝；實施效果2避免了PCBA板受力變形時BGA的局部形變過大，也對焊點進行了有效的保護；下面是對策實施前后的試驗結(jié)果：實驗類型試驗方法試驗日期實驗機狀態(tài)和數(shù)量實驗結(jié)果按鍵試驗按鍵的力度為600gw,按鍵的次數(shù)為100000次，頻率為60次/min；2005-5-12BGA未填膠10臺4萬次時已經(jīng)有4臺出現(xiàn)重啟、死機等故障；其余6臺試驗正常；2005-5-13BGA填膠10臺按鍵試驗合格第十九頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開d、印刷錫高的厚薄不均，部分焊盤的焊錫充滿度不夠；對策實施通過DOE試驗發(fā)現(xiàn)刮刀速度和對PCB板的支撐是關(guān)鍵原因，經(jīng)過反復試驗刮刀速度為：20mm/s左右為最佳（不同的板子需要微調(diào)）；對于支撐問題：采用夾具進行支撐，把點支撐變?yōu)槊嬷危拗芇CB板在印刷錫膏時的形變；每兩小時抽2塊拼板進行測試，記錄其測試值并計算Cpk。Cpk<1.3的工程師必須檢查原因并進行調(diào)整參數(shù)；實施效果錫膏厚度Cpk值基本上都能夠達到1.33以上，滿足小組設(shè)定的要求，下面是4-5月份的印刷錫膏厚度CPK走勢圖：第二十頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開e、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理對策實施為了避免按鍵力直接作用到PCBA板上，在設(shè)計上進行了大膽的創(chuàng)新，把原本設(shè)計在PCB板上的按鍵焊盤移到了增加的柔性電路板上，柔性電路板和PCBA間加上了支撐鋼片，把按鍵力度分布到PCBA板的邊緣；如下圖：

實施效果在模擬按鍵試驗中可以很明顯的看到PCBA板的按鍵形變大大降低；（但是由于增加支撐鋼片會增加產(chǎn)品的厚度，這一措施只能在厚度允許的機型上增加，目前已經(jīng)在幾款產(chǎn)品上成功采用了這一措施。）PCB板按鍵彈片支撐鋼片按鍵彈片+柔性按鍵板改善前改善后第二十一頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開十、階段效果確認1、跟蹤對策導入后的產(chǎn)品（只對部分產(chǎn)品進行了全面導入）的市場反饋，考慮到通信產(chǎn)品的售后反饋相對較長，我們決定跟蹤3個月來看其效果；下面是跟進05年6月至8月的數(shù)據(jù)：月份改善品零售數(shù)據(jù)當月改善品早期退換期內(nèi)的BGA焊接失效數(shù)焊接失效比率05年6月份1654035290.32%05年7月份1943925440.28%05年8月份2185975030.23%合計57839215760.27%2、從上面的數(shù)據(jù)可以看出，售后反饋BGA失效的比率已經(jīng)有大幅度的下降，但是尚未達到我們最初設(shè)定的目標——0.2%；第二十二頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開十一、檢討與進一步對策1、對市場上返回BGA焊接失效的不良品分析發(fā)現(xiàn)大部分是因為BGA的部分焊點有氣泡，降低了BGA的焊接強度；經(jīng)小組討論和實際驗證找到主因如下：預熱溫度及預熱時間設(shè)置不當，包裹在錫點中的空氣和助焊劑不能夠完全揮發(fā)；BGA焊盤有盲孔設(shè)計，在回流焊接時也容易形成氣泡；焊點氣泡第二十三頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開2、對策和措施實施序號主因責任人對策措施導入時間措施完成時間1預熱溫度及預熱時間設(shè)置不當，包裹在錫點中的空氣和助焊劑不能夠完全揮發(fā)；楊春華謝水興做試驗確定最佳爐溫曲線（適當延長預熱時間），通過x-ray機檢查氣泡情況；05.09.0205.09.102BGA焊盤有盲孔設(shè)計，在回流焊接時也容易形成氣泡；運治任易耀師在PCB板設(shè)計上避免在焊盤上設(shè)計盲孔05.09.1005.09.28改善前Profile設(shè)置改善后Profile設(shè)置第二十四頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開3、實施效果有效地控制了氣泡的大小和數(shù)量；改善前改善后第二十五頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開十二、效果確認

跟蹤對策導入后的產(chǎn)品（全部產(chǎn)品導入完成）的市場反饋，下面是跟進05年10月至12月的早期返修期內(nèi)的BGA焊接失效的數(shù)據(jù)：月份焊接失效比率備注05年10月份0.15%1、由于行業(yè)的特殊性，不宜公布各月份的零售數(shù)和售后焊接失效數(shù)等敏感數(shù)據(jù)；2、BGA焊接失效的定義：經(jīng)過二廠排查完其他原因，確認為BGA問題，但是拆B(yǎng)GA后，測試BGA正常，則定義為BGA焊接失效;3、統(tǒng)計方法：05年11月份0.20%05年12月份0.18%平均0.17%第二十六頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開活動前后BGA早期失效比率對比圖：目標達成第二十七頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開十三、效益1、有形效益1.1、一臺早期返修機，包括運費、維修費用、物料損耗等，平均一臺BGA失效的費用在100元左右，以每月銷售50萬臺計算，為公司節(jié)省的費用為：500000*100*（0.86%-0.17%）=69000元；1.2、為包內(nèi)維修也節(jié)省了很大一部分的費用，據(jù)估算一個月節(jié)約的費用在50000元以上；2、無形效益2.1、降低了售后BGA失效的比率，提升了產(chǎn)品品質(zhì)，提高了用戶的滿意度，贏得了良好的聲譽，進而為增加銷量鋪平了道路。2.2、全體組員增強了團隊意識、質(zhì)量意識；提高了分析問題、解決問題的能力，吸引了更多的人員參與到QC活動中來；第二十八頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開2.3、小組成員通過使用雷達圖進行了效果自我評價如下：

備注：總分為100分。項目活動前活動后質(zhì)量意識916團隊精神1018員工參與熱情815QC活動氛圍1117解決問題能力916第二十九頁，共三十三頁。未經(jīng)允許，不得擴散內(nèi)部公開十四、鞏固措施和下一步打算1、鞏固措施a、把后殼增加凸棱支撐的設(shè)計、NSMD工藝、OSP工藝、按鍵板和PCB板分離增加鋼板支撐的設(shè)計、焊盤避免盲孔設(shè)計等變成設(shè)計規(guī)范，并把它們納入到設(shè)計評審的CHECKLIST中去；b、把回流焊爐的溫度調(diào)節(jié)固化為《回流爐溫度設(shè)置作業(yè)指引》,文件編號為：KKTX-TY-038；c、把錫膏印刷機的參數(shù)調(diào)整方法固化為《錫膏印刷參數(shù)設(shè)置作