BGA焊接失效分析報(bào)告

PCBA分析報(bào)告 樣品描述所送樣品包括三片PCBA（手機(jī)主板）、四片相應(yīng)的空白PCB以及工藝過(guò)程中使用的CPU器件和焊錫膏，PCBA（手機(jī)主板）的型號(hào)為C389,樣品的外觀照片見(jiàn)圖1所示，委托單位要求對(duì)PCBA上的CPU與Flash器件焊接質(zhì)量進(jìn)行分析。焊錫膏空白PCBCPUFlashCPU器件圖1樣品的外觀照片分析過(guò)程2.1外觀檢查用立體顯微鏡對(duì)空白PCB和BGA器件進(jìn)行外觀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)BGA器件的焊球大小均勻一致，共面性良好（見(jiàn)圖2和圖3）；空白PCB焊盤(pán)表面存在一些坑洼點(diǎn)（見(jiàn)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(bào)告 坑洼點(diǎn)圖4PCB板中CPU焊盤(pán)的外觀照片圖5PCB板中Flash的外觀照片2.2X-RAY檢測(cè)為了對(duì)焊點(diǎn)的內(nèi)部狀況進(jìn)行檢測(cè)，采用X射線系統(tǒng)對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，（X-Ray的照片見(jiàn)圖6至圖9），由照片可觀察得出BGA焊點(diǎn)大小均勻一致，除發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)內(nèi)部存在少量空洞外，未發(fā)現(xiàn)焊球錯(cuò)位，焊料熔融不完全以及橋連等明顯焊接缺陷。圖6CPU焊點(diǎn)的X－ray典型照片圖7Flash焊點(diǎn)的X－ray典型照片圖8傾斜后觀察到的CPU焊點(diǎn)的X－ray照片圖9傾斜后觀察到的Flash焊點(diǎn)的X-ray照片PCBA分析報(bào)告 空洞空洞圖10部分CPU焊點(diǎn)的放大照片 圖11部分Flash焊點(diǎn)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(shù)脂鑲嵌后打磨拋光，用金相顯微鏡觀察BGA器件焊點(diǎn)的金相切片，焊點(diǎn)的金相照片見(jiàn)圖12～圖25。其中CPU焊點(diǎn)的典型金相照片見(jiàn)圖12～圖19，由圖可以發(fā)現(xiàn)部分焊球焊料與PCB焊盤(pán)之間潤(rùn)濕不良，未觀察到良好的金屬間化合物層，個(gè)別焊點(diǎn)甚至發(fā)現(xiàn)存在開(kāi)裂現(xiàn)象；同時(shí)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(diǎn)的金相照片圖13CPU器件正常焊點(diǎn)的典型金相照片PCB焊盤(pán)潤(rùn)濕不良圖14焊料與焊盤(pán)潤(rùn)濕不良的典型照片圖15焊點(diǎn)局部放大照片（見(jiàn)圖14紅框）PCBA分析報(bào)告 圖16出現(xiàn)空洞焊點(diǎn)的典型照片 圖17焊球焊料質(zhì)量不良的典型照片裂縫圖18焊球與PCB焊盤(pán)出現(xiàn)裂縫的典型照片1圖19焊點(diǎn)局部放大照片（見(jiàn)圖18紅框）AB20焊球與PCB焊盤(pán)出現(xiàn)裂縫的典型照片2圖21焊點(diǎn)局部放大照片（見(jiàn)圖20紅框）22～圖27是Flash焊點(diǎn)的典型金相照片，由圖同樣可以發(fā)現(xiàn)部分焊球焊料與PCB焊盤(pán)之間潤(rùn)濕性不夠良好，焊料與焊盤(pán)之間未形成良好的金屬間化合物層。PCBA分析報(bào)告 圖22Flash焊點(diǎn)的典型金相照片圖23正常焊點(diǎn)的典型金相照片潤(rùn)濕不良圖24出現(xiàn)空洞焊點(diǎn)的典型照片圖25焊球焊料與焊盤(pán)潤(rùn)濕性不良的典型照片焊球焊料出現(xiàn)開(kāi)裂圖26焊料熔融不完全的典型照片圖27焊點(diǎn)局部放大照片（見(jiàn)圖24紅框）由以上BGA焊點(diǎn)的金相照片分析發(fā)現(xiàn)，部分BGA焊球焊料與PCB焊盤(pán)潤(rùn)濕性不良，存在裂縫以及焊料熔融不良等現(xiàn)象，這說(shuō)明焊球焊料與焊盤(pán)之間未形成良好的金屬間化合物層。而導(dǎo)致焊球焊料與PCB焊盤(pán)潤(rùn)濕不良的原因可能存在如下幾方面：（1）PCB焊盤(pán)氧化嚴(yán)重或沾污外來(lái)污染物導(dǎo)致焊盤(pán)的可焊性不良。（2）使用的焊錫膏潤(rùn)濕性不良。（3）BGA焊錫球可焊性不良。為了分析BGA焊球的質(zhì)量對(duì)，未使用的CPU焊球和從所送手機(jī)主板上脫落的CPUPCBA分析報(bào)告 焊球進(jìn)行金相切片分析，發(fā)現(xiàn)無(wú)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(nèi)部發(fā)現(xiàn)存在裂縫等缺陷，這說(shuō)明BGA焊球質(zhì)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(nèi)部出現(xiàn)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(bào)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(rùn)濕性分析按照IPC-TM-650.2.4.45的要求對(duì)工藝過(guò)程中使用的焊錫膏的潤(rùn)濕性進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)所使用的焊錫膏的潤(rùn)濕性良好（焊錫膏的可焊性試驗(yàn)照片見(jiàn)圖26和圖27）。圖26焊錫膏潤(rùn)濕性試驗(yàn)的典型照片1圖27焊錫膏潤(rùn)濕性試驗(yàn)的典型照片22.5空白PCB板焊盤(pán)的可焊性試驗(yàn)按照IPC-STD-003（SolderabilityTestsforPrintedBoards）要求，對(duì)委托單位所送的空白PCB的可焊性進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)溫度為235,試驗(yàn)時(shí)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(yàn)照片見(jiàn)圖28和圖29），發(fā)現(xiàn)空白PCB的部分焊盤(pán)的可焊性較差（見(jiàn)圖中紅色箭頭所指的黃色焊盤(pán)），焊料對(duì)焊盤(pán)的潤(rùn)濕不良或弱潤(rùn)濕，這說(shuō)明BGA金相切片中發(fā)現(xiàn)的焊球與焊盤(pán)潤(rùn)濕不良與PCB部分焊盤(pán)的可焊性不良有關(guān)。而引起焊盤(pán)可焊性不良的原因可能是焊盤(pán)氧化嚴(yán)重或表面沾污有機(jī)物。PCBA分析報(bào)告 圖28PCB焊盤(pán)可焊性試驗(yàn)的典型照片1圖29PCB焊盤(pán)可焊性試驗(yàn)的典型照片22.6SEM和EDAX分析首先對(duì)圖21所示的開(kāi)裂焊點(diǎn)進(jìn)行EDAX分析，發(fā)現(xiàn)標(biāo)識(shí)A處焊盤(pán)處的主要的元素成分為鎳(Ni)和磷(P)以及少量的錫（Sn）（見(jiàn)圖30），由于錫含量較少，這說(shuō)明開(kāi)裂是位于PCB焊盤(pán)上的鎳鍍層與焊料之間，同時(shí)也說(shuō)明PCB焊盤(pán)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(pán)的能譜圖31是圖21標(biāo)識(shí)B處焊料的能譜圖，由圖可發(fā)現(xiàn)主要含有錫（Sn）,磷（P），鎳(Ni),碳（C）等元素，由譜圖中檢測(cè)到鎳含量較多，這也能進(jìn)一步說(shuō)明PCB焊盤(pán)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(bào)告 圖31裂縫B處焊料的能譜圖另外，對(duì)CPU器件脫落的PCB焊盤(pán)進(jìn)行SEM觀察，發(fā)現(xiàn)焊盤(pán)表面存在較多的裂縫，這說(shuō)明鎳鍍層的表面的致密性較差（見(jiàn)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(dǎo)致焊盤(pán)的可焊性不良。圖32CPU器件脫落的PCB焊盤(pán)典型外觀照片1圖33CPU器件脫落的PCB焊盤(pán)典型外觀照片2接著對(duì)空白PCB的焊盤(pán)進(jìn)行SEM觀察，發(fā)現(xiàn)焊盤(pán)表面存在裂縫，這說(shuō)明金鍍層的表面的致密性不夠良好（見(jiàn)圖34和圖35），對(duì)焊盤(pán)進(jìn)行EDAX分析（結(jié)果見(jiàn)圖36），發(fā)現(xiàn)主要存在碳（C）,鎳(Ni)和金(Au)等元素，由焊盤(pán)表面含有碳，這說(shuō)明焊盤(pán)表面粘附的外來(lái)污染物為有機(jī)物。PCBA分析報(bào)告 裂縫裂縫圖34空白PCB上CPU焊盤(pán)外觀的典型照片圖35空白PCB上FLASH焊盤(pán)外觀的典型照片圖36空白PCB焊盤(pán)的能譜圖綜合分析由BGA焊點(diǎn)的金相切片和X－ray可見(jiàn)，BGA焊球焊料與PCBA焊盤(pán)潤(rùn)濕性較差，焊料與焊盤(pán)之間未形成良好的金屬間合金層，因而焊料與焊盤(pán)之間的結(jié)合力較差，致使焊點(diǎn)容易出現(xiàn)裂縫。而導(dǎo)致焊球焊料與PCB焊盤(pán)潤(rùn)濕不良的原因可能存在如下幾方面：PCB焊盤(pán)氧化嚴(yán)重或沾污外來(lái)有機(jī)物導(dǎo)致焊盤(pán)的可焊性不良。使用的焊錫膏可焊性不良。BGA焊錫球質(zhì)量較差，可焊性不良。(2)對(duì)未使用的BGA器件焊球和脫落的BGA焊球進(jìn)行外觀及金相切片分析，發(fā)現(xiàn)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(nèi)部發(fā)現(xiàn)存在裂縫等缺陷，這說(shuō)明BGA焊球質(zhì)量不夠良好；而從脫落的CPU器件的焊點(diǎn)來(lái)看，脫落位置主要位于焊盤(pán)與焊料的連接處，并不是焊球本身開(kāi)裂而脫落，這說(shuō)明PCBA分析報(bào)告 BGA焊球質(zhì)量較差并不是導(dǎo)致BGA焊球焊料與PCBA焊盤(pán)潤(rùn)濕性較差的主要原因。(3)進(jìn)行焊錫膏的可焊性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)焊錫膏的可焊性良好，這說(shuō)明BGA金相切片中發(fā)現(xiàn)的焊球與焊盤(pán)潤(rùn)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(jìn)行空白PCB焊盤(pán)可焊性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)PCB焊盤(pán)的可焊性較差，說(shuō)明焊球與焊盤(pán)潤(rùn)濕不良和結(jié)合力不強(qiáng)與PCB焊盤(pán)的可焊性較差有關(guān)；對(duì)空白PCB焊盤(pán)和器件脫落的PCB焊盤(pán)進(jìn)行SEM觀察和EDAX分析，發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致鎳鍍層氧化腐蝕而使焊盤(pán)的可焊性不良，同時(shí)焊盤(pán)表面檢測(cè)到沾污外來(lái)的有機(jī)污染物。因此，可分析得出PCB焊盤(pán)可焊性較差可能一