主板BGA开裂失效分析

背景：

客户生产的主板上的BGA在第二次过炉后出现开裂现象，断裂发生在组件侧。故委托实验室进行分析，以便找到失效原因。 

分析结果： 

1.荧光剂浸泡+冷拔+断口分析结果，排除“金脆”引发BGA开裂的可能性。 

2.动态翘曲度测试结果表明，PCB四连板在加热过程中变形明显，呈现中间下凹、左右两边上凸的形态。且其在冷却完成后翘曲最严重。

3.开裂焊点统计结果显示，开裂多发生在未植球的空白区域附近，且部分区域的焊点开裂更严重，与翘曲有一定的关联性。综合各测试结果，推测离PCB中间区域越近的BGA锡球，越容易产生开裂。 

4.原物料切片后发现部分锡球存在原始微裂纹。推测有原始微裂纹的锡球在焊接过程中，PCB板翘曲变形，使得裂纹扩张，造成锡球开裂。 

失效症状：

BGA开裂 

根本原因： 

BGA原物料具有原始微裂纹，PCB在焊接过程翘曲变形，使裂纹扩张，造成开裂。 

改善建议：

1.管控BGA在焊接过程中的翘曲。

2.严格管控BGA的来料品质。 

客户生产的主板上的BGA在第二次过炉后出现开裂现象，断裂发生在组件侧。

PCB表面处理为化镍浸金。

对不良BGA进行切片，在第4排锡球（Row4）发现有开裂，开裂发生在BGA侧，裂纹沿着IMC扩展，且断口焊锡有重熔现象。推断开裂和翘曲有关，可能发生在第一次过炉的降温阶段或者第二次过炉的升温阶段。

此外在断口部分区域发现有Au元素富集现象，需对“金脆”现象进行排除。

冷拔+断口分析

将主板浸泡在浓度为3%的荧光剂水溶液，抽真空，干燥后，对BGA位置进行冷拔。在紫外光下观察焊点发光情况，确认开裂状况。

对焊点开裂区域进行检查，未发现明显的Au元素富集，排除“金脆”引发BGA开裂的可能性。

对PCB四联板进行动态翘曲度测试，结果如上所示。PCB在室温即存在一定扭曲，中间下凹、左上角和右下角有一定凸起。

PCB四联板在升温过程中会逐渐软化变形，呈现中间下凹、左右两边上凸的形态，一直到降温结束，这种形态都没有明显改变。在最后冷却到室温时，出现了一个翘曲的极值。所以此PCB在第一次过炉后，冷却完毕会出现一个最大翘曲。

对仅B面打件的小板进行动态翘曲度测试，结果如上所示。未发现明显的翘曲变化。单独的小板翘曲并不严重，小板上塑料件的存在也并未加剧PCB的翘曲。

对不良品的BGA锡球高度进行统计。结果显示BGA锡球呈现中间高两边低的现象，锡球高度受到了翘曲的影响。

BGA左侧的锡球，裂纹多出现在左边；右侧的锡球，裂纹多出现在右边。与翘曲有一定的关联性。

对不良BGA锡球开裂状况进行统计。结果表明，开裂多发生在未植球的空白区域附近，且部分区域（红框位置）的焊点开裂更严重。

PCB四联板在加热过程中，中间区域（红圈位置）会出现软化下凹，变形明显。

综上推测：离PCB中间区域越近的BGA锡球，越容易产生开裂。

对1pcsBGA原物料进行切片，发现部分锡球的边角已经有细小缺口或微裂纹。第一排25个锡球里有三个球发现微裂纹或小缺口。

小缺口区域有IMC生成，推测其产生原因可能和植球时的边角退润湿有关。

综上，推测有原始微裂纹的锡球在焊接过程中，PCB板翘曲变形，使得裂纹扩张，造成锡球开裂。

结论

1.主板的BGA 开裂发生在组件侧IMC层且断口有二次重熔现象。断口部分区域有Au元素富集现象。

2.荧光剂浸泡+冷拔+断口分析结果，排除“金脆”引发BGA开裂的可能性。

3.动态翘曲度测试结果表明，PCB四连板在加热过程中变形明显，呈现中间下凹、左右两边上凸的形态。且其在冷却完成后（255℃降至25℃）翘曲最严重。

4.开裂焊点统计结果显示，开裂多发生在未植球的空白区域附近，且部分区域的焊点开裂更严重，与翘曲有一定的关联性。综合各测试结果，推测离PCB中间区域越近的BGA锡球，越容易产生开裂。

5.原物料切片后发现部分锡球存在原始微裂纹。推测有原始微裂纹的锡球在焊接过程中，PCB板翘曲变形，使得裂纹扩张，造成锡球开裂。

·改善建议

1.管控PCB在焊接过程中的翘曲。

2.严格管控BGA的来料质量。