芯片BGA锡球裂开脱落的现象及应对

一些公司的新产品开发偶尔会遇到芯片高度下降[冲击测试（drop test）】芯片BGA锡球裂开后，如果RD有更好的sense，产品应进行应力应变分析，芯片BGA锡球裂开问题实际上很难依靠工厂工艺管理和加强焊接来得到全面改进，如果产品设计RD可以做更多的努力，制造将节省大量的成本。

在下面的案例中，可以节省基材填充胶(Underfill)材料成本和工时成本也包括间接管理和维修成本，也可以提高产品的信任度，减少未来市场商誉质量可能的损失。(BGA锡球开裂实际上涉及到很多环节，「焊锡不良」只是其中之一，很多人看到焊接裂缝的第一反应是焊接不良，但从科学客观的角度来看，只要看到焊接IMC生长均匀，基本上焊接问题不大，然后必须讨论应力与焊接强度的关系，因为无论焊接如何加强，其承受应力的能力总是有限的，一定的应力大于焊料强度，焊料破裂是可以想象的，所以在回顾焊料质量后，下一个回顾如何消除应力来源和加强机构抗应力设计，本案例首先确认焊料没有问题，因此需要RD加强机构设计来提高应力冲击。）

事实上，BGA锡球开裂最大的问题十有八九来自应力(Stress)，无论是SMT回焊高温时板材弯曲变形形成的应力，还是机构组装产品形成的应力，还是客户使用时撞击或意外掉落地面造成的外力，这些实际上都是应力的来源。如果设计开始时可以模拟各种情况进行应力应变分析，并对可能产生应力的部分进行一些设计调整，以减少应力的影响。我相信它可以使BGA产品的生产质量更加稳定，甚至删除一些不必要的underfill工艺，以节省成本。

我们终于意识到设计影响制造的严重性，公司的新产品设计团队终于有了更好的响应，也花了精力做BGA锡球开裂的特点， 芯片采购平台因为分析，找到应力的来源，做设计变更来改善BGA锡球开裂的问题，当然，首先使用mockup材料进行验证，结果真的令人满意，经过实际的模具修复和生产，最终的QA验证没有发现BGA开裂的问题。我真诚地希望这一点「应力应变验证动作」未来将是RD验证的标淮程序。

利用应变计(Strain Gauge)BGA锡球开裂位置在验证机构设计变更前后的应变分析

以下是本产品的大致设计外观和BGA的位置。为了方便客户在使用时避免屏幕反射，产品设计了一个类似收银机的倾斜屏幕，即倾斜角使BGA部件在产品正面和背面下降时承受巨大的电路板变形，导致BGA锡球开裂，因为产品的侧面(side)及角落(corner)没有发现摔倒的问题，几乎所有以前的例子都在角落里出了问题。

由于知道可能的问题是电路板变形太大，所以粘贴在电路板上[应变计(Strain Gauge)】，先测量未改进前的应变量数据，然后在电路板等主要部件不变的情况下，更换改进后的机构再进行应变量测量。

改进方法是在BGA零件附近增加新的塑料机沟肋柱(rib)为了减少电路板落下时的变形，请参考上图[New add rib]。

由于产品的大部分设计已经完成，改进的方法是找到增加支撑柱的空间，使电路板有硬物支撑，以减少其变形。

由于可能的问题是电路板变形过大，应力计粘贴在电路板上(Stress Gauge)然后测量未改进前的应力数据。改进方法是在芯片BGA附近增加一个新的机沟肋柱(rib)顶住电路板，减少电路板落下时的变形。

应变测量机构改进前后应变测量

下表列出了改进前后(增加rib)的微应变量(Micro-Strain，x106)实际测量值。正如预期的那样，由于产品正面的正面(倾斜面)下降，正面(倾斜面)的应变量增加了106(Top)外观有弯曲倾斜角，容易因外力而弯曲；背面（Bottom）平面落下的应变量改善相对较小，只有42。

可以看出增加了一根肋条(rib)可以在一定程度上改善电路板的变形。这个应变值测量电路板的Z方向，但只有X轴的Z值。如果能测量Y轴的Z值，会更有参考价值。

         改善前        改善后    改善量

正面落摔 -186          -80           106

背面落摔  203                161            42

设计变更实施后，DQ重新验证了下降测试的效果，并证实芯片BGA没有再次开裂。

• 芯片
• BGA
• 对于
• 锡球
• 裂开