電路板零件掉落或錫裂的原因分析
我們的電子加工廠(chǎng)最近有好多同事都在問(wèn):到底BGA要如何設計才可以加強并改善其強度以防止BGA開(kāi)裂(crack)?因為有客戶(hù)抱怨產(chǎn)品有BGA開(kāi)裂問(wèn)題,公司就必須要有人為此負責。
其實(shí)最該負責的不就是這些高層嗎?既要求產(chǎn)品設計要輕又要薄,還要求要趕進(jìn)度,把原本十二個(gè)月的新產(chǎn)品周期縮短為九個(gè)月,現在又壓縮為六個(gè)月,而且ID還一直變來(lái)變去,進(jìn)度(Schedule)不能延后,又要產(chǎn)品設計出來(lái)完美無(wú)缺,這群工程師們就只能賣(mài)命、賣(mài)肝,人人自危,這公司文化怎么變成了這個(gè)樣子?
在開(kāi)始探討這個(gè)議題之前我們得要先了解BGA為何會(huì )裂開(kāi)?先撇開(kāi)制造的問(wèn)題,假設所有的BGA錫球都焊接良好、IMC生成良好,但還是發(fā)生BGA裂開(kāi),其最主要原因應該就是應力(Stress)了,之所以這么斷定,因為分析過(guò)得所有產(chǎn)品,電路板上零件掉落或開(kāi)裂問(wèn)題幾乎都與應力有絕對關(guān)系。
電路板零件掉落或錫裂的應力(stress)來(lái)源有下列幾種:
1、應力來(lái)自?xún)炔繚撟儺a(chǎn)生
比如說(shuō)電路板或BGA封裝經(jīng)reflow高溫時(shí)的變形,應力會(huì )一直釋放到達一個(gè)平衡點(diǎn)才會(huì )停止,這個(gè)平衡點(diǎn)也有可能就是錫球裂開(kāi)的時(shí)候。
2、應力來(lái)自外部的撞擊或施壓
以手機為例,最可能的外部應力就是就在口袋內受力彎曲(iPhone6 plus彎曲門(mén)事件),或是因為不小心掉落地上所造成的沖擊。
3、應力來(lái)自環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的熱脹冷縮現象
有些地區在冬天的時(shí)候室外結冰,當產(chǎn)品從室內有暖氣的環(huán)境移動(dòng)到室外就會(huì )發(fā)生激烈的溫度變化;在熱帶地區,室內有冷氣,從室內走到室外就會(huì )發(fā)生溫度的巨大改變,更別說(shuō)不小心或是故意把產(chǎn)品放在汽車(chē)內了,白天曬太陽(yáng)溫度升高,夜晚溫度急速下降。 溫度之所以重要還關(guān)系到不同的材料會(huì )有不同的膨脹系數,電路板板材的膨脹系數肯定與錫球(solder ball)不同,而且與BGA封裝的材質(zhì)也不同,試想一般的道路橋梁都會(huì )設計「伸縮縫」來(lái)降材料低熱脹冷縮的風(fēng)險,但是電子材料似乎只能盡量找膨脹系數比較小的材質(zhì)。