从PCBA失效看产品设计之关连性.pdf

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1、从PCBA 失效看产品设计之关连性 演讲人:黄志宏 竞陆电子(昆山)有限公司 品保处处长 产品失效一定是 PCB 制造商的错?产品失效赔款是种平等谈判?产品设计与制造工厂的最佳搭配就能变成双赢的局面 设计者 PCBA 制造者 PCB 从G/F厚度看产品耐蚀能力 从BGA 功能失效看Under fill 选择 从PCB爆板(Delamination)广告牌材选择 案例分享 案例一:某产品出货给客户使用后约一年开始金手指(G/F)出现黑点.疑似氧化之现象造成终端客户严重抱怨.要求市场召回该批产品.预估损失金额RMB 560万 八层板 OSP+G/F 不良放大图 对不良点以EDX做分析.来确认不良品

2、与正常品的差异 與OK板差異元素與OK板差異元素與OK板差異元素與OK板差異元素元素重量百分比原子百分比元素重量百分比原子百分比元素重量百分比原子百分比元素重量百分比原子百分比元素重量百分比原子百分比C K4.1235.77C K5.3938.34C K32.6873.44C K8.9538.5C K34.1564.94Ni K10.8719.3O K1.749.33O K7.5812.8O K7.8725.42O K7.7211.01Au M83.0343.94Ni K11.817.19Cl K0.680.52Ni K8.877.8Al K0.210.18Pb M1.981Au M78.83

3、34.22K K0.360.25Cu L15.9412.96S K8.46Pb M2.240.92Ca K0.380.26Au M58.3715.31Ni K3.511.36Ni K5.642.59Cu L46.0616.55Cu L10.174.32Au M42.515.83总量100总量100总量100总量100总量100多出元素：Al、S117EDX對比分析電子圖像多出元素：O多出元素：O、Cl、K、Ca、Cu；少了：Pb多出元素：O、Cu電子圖像電子圖像電子圖像客戶不良品NG點（2）客戶不良品NG點（3）電子圖像PCB廠取OK PCB客戶不良品NG點（1）客戶不良品OK點EDX:Ene

4、rgy Dispersive X-Ray Spectroscopy 能量色散X射线光谱仪，也可简写为EDS&EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的，根据波长测定试样所含的元素，根据强度测定元素的相对含量。不良品区EDX分析.可以看出有硫(S)元素存在 硫元素来自何方?大气中或是环境中 不良区再作SEM观察 SEX 放大放大2000倍倍 1.金层疏孔度过大金层疏孔度过大 2.不够细致不够细致 取良品板与不良品板对G/F 金镍厚度作分析.确认是否在客户设计之规格内.備註備註金厚規格實測鎳厚規格實測金厚規格實測 鎳厚規格 實測金厚規格實測 鎳厚規格實測5-10 9.34100-3

5、00 121.90 5-107.69100-300 135.90 5-106.50100-300 140.225-10 9.15100-300 113.85 5-107.67100-300 138.82 5-106.61100-300 155.675-10 9.31100-300 116.81 5-107.95100-300 151.30 5-106.84100-300 161.635-10 9.28100-300 131.41 5-107.94100-300 152.89 5-107.23100-300 167.285-10 9.64100-300 138.54 5-107.71100-30

6、0 144.94 5-106.40100-300 119.43客訴不良測量位置在未露銅、露鎳處，測量結果：金、鎳厚全部在規格內。OK板與客訴不板金、鎳厚測量對比OK板與客訴不板金、鎳厚測量對比客訴不良板一客訴不良板一（單位：U）（單位：U）客訴不良板二客訴不良板二（單位：U）（單位：U）PCB廠內取OK板PCB廠內取OK板（單位：U）（單位：U）金镍厚度全部都在客户规格内.且均在中值 再与其他客户相同产品的设计作比较.可以看出异常品的金厚原始设计规格较薄 序號廠內料號客戶金厚度規格MIN金厚度規格MAX1G104A0001正揚5U10U2G054A0055正鵬10U15U3G054A0148正

7、鵬10U15U4G054A0198正鵬30U/5G084A0229正鵬30U/6G054A0230正鵬30U/7D104A0283國基10U/8D104A0303國基10U/9D104A0307國基10U/10D104A0309國基10U/11D104A0374國基10U/12B192A0059亞旭10U/13B102A0195亞旭15U/为何此料号金厚设计要变薄?A B C 金价越来越高.为了省成本所以降低金厚变成是一种方式.但是有没有后遗症?涨幅涨幅59.259.2%结合以上两点得出：结合以上两点得出：1.金层厚度不足致使金层抗蚀能力变弱金层厚度不足致使金层抗蚀能力变弱 2.PCB 经过表

8、面处理后制程中有微量硫化物残留，经过表面处理后制程中有微量硫化物残留，或放置过久受环境影响，或放置过久受环境影响，硫化物攻击金面致使出现硫化物攻击金面致使出现异常。异常。以不同金厚产品做盐雾测试来观察G/F表面变化 从实验结果可以清楚看出金厚对于外在环境有着很关键的保护作用 金厚越薄经过时间越常可以清楚看出表面变化的差异 不同时间下的G/F表面变化 24小时 96小时 120小时 168小时 时间越长不良现象越严重(金厚:5-10 u”)IPC-6012C 对最终涂覆层之要求 案例二:客户反应产品使用后发现BGA区功能失效.要求赔偿金额RMB 350万元 四层板 OSP+G/F 客户对BGA区

9、直接做红墨水测试.发现BGA PAD 有脱落现象.故判定为PCB 异常 红墨水测试为一般最常见的分析手法.可以初判PCB PAD 是否有脱落或是附着力不佳 BGA PAD 脱落或是断裂一定是PCB 的问题吗?组装厂的制程&炉温&材料&重工会不会才是真因 对不良品进行不拔零件直接切片观察 铜铜PAD 锡锡球球 零零件件 IMC(Ni3Sn4)切片示意图 切片方向示意图 第一刀切片图 注:IMC断裂(BGA 外围角落的球脚,虽然Reflow 已焊妥(由界面附近之Ni3Sn4可知),但瞬间又受外力导致IMC破坏.第一刀切片图 第二刀切片图 BGA 为强化固定效果加入Under fill 不同材料之膨

10、胀系数不同.应选择与铜较接近或较小的为佳.CTE=Cu:17&Sn:25&Si:4.1 1.由IMC可看出生长形成很差,可能原因为重工&上件温度不均所导致;2.由不良切片可清楚的看出IMC断裂,表示此层之键接力较弱;3.此板变形程度较大,导致锡球附件皆被拉断,造成此现象之原因为BGA 区域之膨胀系数过大所致.填入Under fill 材料选择错误 4.板材应力应变测试可以参考IPC/JEDEC-9702&9704A 标准 小结:案例三:某产品交付客户后.客户于组装过程中发现爆板(Delamination).不良率高达3.4%四层板 OSP制程 板材:IPC-4101/21 不良区切片图(Sam

11、ple 1)基基板板裂裂 孔铜无异常孔铜无异常 不良区切片图(Sample 2)不良品均发现有孔铜及基板裂开.故可以确认为板材断裂导致孔铜 IPC-4101C 刚性及多层印制板用基材规范 使用材料说明:1.目前业界所用的板材多为Tg 140.此种板材为Dicy 结构.故容易吸水 2.板材特性符合IPC-4101C/21 要求 3.仅有Tg 要求(最低110度)4.组装厂目前已为无铅制程.但板材并未跟着做变更.用的还是适合有铅制程的材料 IPC-4101C/99 板材特性清单.就有 Td&T260&T288&CTE 规定 此为适合无铅制程使用之材料 IPC-4101C 刚性及多层印制板用基材规范

12、 2121型材料其型材料其Z Z-CTE CTE 约为约为9090 IPC-2222A 刚性有机印制版标准 IPC-2222A 刚性有机印制版标准 9999型材料型材料 Z Z-CTE CTE 约为约为5555.比前者低比前者低63.6%63.6%对不良品做材料特性分析 为确认材料是否存在异常.故对不良品作 Tg&Td T260&T288&CTE 测试.Tg:125.82 Tg:129.60 对不良品做材料特性分析 T260:27.17 min T288:无法测得 对不良品做材料特性分析 2:354.4 Td:310.18 异常品实际测试值汇整 1 1.从上表可以清楚看出使用之材料其风险过高从

13、上表可以清楚看出使用之材料其风险过高 2.RD 2.RD 设计时仅考虑价格设计时仅考虑价格.根本没有考虑到产品之可靠度根本没有考虑到产品之可靠度 特性特性 单位单位 4101/214101/21 4101/994101/99 实测值实测值 Tg(最小)110 150 125.82 T260(最小)N/A 30 27.17 T288(最小)N/A 5 无法测得 Td(最小)N/A 325 310.18 2(最大)N/A 300 354.4 填料 N/A 无 有 无 材料 树脂 价格 Normal Tg Dicy 1 PN 1.2 High Tg PN 1.5 不同 Tg 的爆板风险 Tg140在

14、板厚为在板厚为1.6mm2.4mm时时其在无铅制程其在无铅制程235260时存在隐时存在隐忧忧其在其在reflow 前前4次存在隐忧次存在隐忧在在第第5次时即会发现爆板不良次时即会发现爆板不良 备注:此图摘录自白蓉生教授讲义.电路板研讨会 改善方法 避免类似问题再发故与客户讨论后进行版本变更变更材料来降低此种风险 小结:1.由以上分析可知Tg140（DICY）在板厚1.6mm2.4mm 时在235260时存在爆板风险.2.将材料改为符合无铅制程用的材料或更高阶板材将来预 防此类风险 3.若使用符合IPC-4101C/21 标准之板材.建议对其他特性加 入到采购规格书中.以降低风险 客戶別客戶別

15、H88H88S08S08N08N08D10D10G09G09G15G15J10J10G05G05W12W12G21G21A08A08DICYVVVVVPNVVVVVVVVV一般產品一般產品MODULEMODULE產品產品总结:G/F耐蚀能力差(Cost down)Under fill 选择错误(不了解材料)板材选择错误(Cost down+不了解材料)RD 都是一群孤寂的人就像是呆在巨塔上的老鹰一样 少数会成群结队飞翔觅食.多数时间都是单独一人 产品的可靠性和 RD 设计息息相关 好的产品是设计出来的 联络方式 竞陆电子(昆山)有限公司 品保处 黄志宏 TEL:0512-5703-9999 EXT.1600 Mail:leo_huangapcb- 谢谢大家