结果:eMMC检出异常。
2.1.1 异常点位
点位异常正常ab
结果:异常焊点与正常焊点的X-Ray图像比对如下,由图可见,存在虚焊的可能性。说明:取异常品、正常品(功能)对比检测。

2.1.2 3D X-Ray检测
结果:异常焊点a存在虚焊可能性。
2.1.3 功能影响的确认
X-Ray图功能图
结果:异常焊点a为data功能,若虚焊,会造成直接影响;焊点b无功能作用。
2.2 切片分析
结果:BGA枕焊不良。说明:图5所示间隙2.965μm。
2.2.1 eMMC异常焊点a的断面金相分析
截面积比较:异常点焊球截面积明显小于正常焊球截面积。
断面锡膏上锡宽度比较:异常点上锡宽度约正常焊点宽度67%。
断面锡膏上锡宽度比较:焊盘上锡64.2%(截面),焊锡厚度仅0.034mm。结果:异常焊点a存在印刷锡少可能性。
2.2.2 与正常的BGA焊球相比,eMMC 异常焊点a同排焊点的断面金相结果:与正常的BGA焊球相比,焊球呈拉伸状态。说明:BGA焊点呈拉伸状态原因,可能是焊接过程中BGA焊球未充分坍塌,即存在锡液相时间不足的可能性。
2.2.3 eMMC异常焊点a的断面SEM分析
结果:BGA焊球与锡膏处于未熔合状态,并伴有锡填充量不足的现象。异常焊点a的断面SEM分析:IMC层
结果:①IMC有连续性;②IMC层致密性不足;③IMC层厚度不均匀,且整体IMC层厚度偏小。说明:IMC层的形成与温度、锡液相时间直接相关。常规焊接情况下,BGA焊接形成的IMC层厚度主要在2.5μm左右,本样品的IMC层厚度平均小于1μm,进一步说明回流时锡液相时间不足。
2.3 工艺分析2.3.1 SPI锡膏检测
结果:调取对应批次eMMC位置SPI锡膏印刷数据统计分析(体积数据),如图示,eMMC BGA 印锡过程能力CPK 0.75,说明印刷过程非常不稳定。从超范围的区间分布判断,16.5%的焊点存在很大的锡少风险。说明:前述分析的锡少可能性,通过该组数据的分析,可以确定确实存在。
2.3.2 钢网开口设计
结果:
eMMC BGA 开口面积宽厚比为0.52,远小于标准0.66及以上,锡在PCB上的沉积量主要由开口宽厚比决定。虽然采用了纳米工艺涂层,但面积比过小,还是会影响锡沉积效果,造成印锡的不稳定。说明:
钢网材质:纳米钢网
钢网厚度:0.12mm
eMMC BGA开口:φ0.25mm
2.3.3 回流温度的设定分析
结果:
预热时间(150℃-190℃)约60s→时间短
最高温度、220℃以上时间:U1底部大于U1表面,不合理,数据有误(接点与记录不一致)→BGA实际温度未知
最高温度:246.7℃ →无特别异常
220℃以上时间:BGA 47.5s→无特别异常
说明:测温板标本不是实际机型基板,结构及器件布局上可能存在差异,板的散热结构也可能存在差异,不能准确地反映对象机型的温度实况。
3.分析结果3.1 eMMC(BGA) 虚焊的原因
首先是锡少。具体表现在:沉锡能力CPK 0.75,锡量沉积不足;钢网开口面积比0.52小于<0.66,对沉锡有影响 ;印刷参数:锡膏管理、钢网清洗、关键参数(速度、清洗方式等)。其次是回流锡液相时间不足。具体表现在:焊接IMC层厚度1.0μm左右;液相时间、温度不足。预热时间、液相时间较短,且温度未达到230℃以上;由于锡液相时间不足,BGA焊球与锡未熔合,有裂隙存在。
3.2 eMMC(BGA) 虚焊发生机理锡膏印刷工程沉锡能力低,工程不稳定与钢网及印刷参数的管理相关。回流焊接时,印刷锡膏先液化坍塌,BGA焊球后液化坍塌。从金相分析确认,由于温度设定存在缺陷,BGA焊球未完全坍塌时,即发生降温冷却,形成拉升状焊点。印刷锡少,焊点则出现锡膏与锡球未充分接触而形成枕焊,造成BGA焊球与锡膏不能有效的接触、作用。
因此,造成本次问题的原因是这两个方面综合导致的——印刷锡少、回流时锡液相时间不足。
4.改善方案4.1 钢网钢网仍采用纳米钢网,厚度变更从0.12mm到0.1mm(面积比由0.52到0.63)。U8开口保持不变φ0.25mm,其他BGA按照焊盘直径变更为外切正方形开口。4.2 回流温度制作实板的测温标本,每个BGA焊球温度需监测;回流温度的设定建议:
150-190℃时间:70s-80s之间;220℃以上时间:60-75s;230℃以上时间:30s以上。
温度曲线类型:RTS。
4.3 管理建议加强车载产品的初期管理,从参数评估/过程管理评估到固化点检,确保工艺及工程的稳定性。说明:上述改善方案实施后,跟踪该产品后续批次的生产,失效问题未在发生。
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