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電路板焊點(diǎn)強(qiáng)度的簡易失效分析法

2020-05-19 12:01:49 518

一、前言

SMT焊點(diǎn)強(qiáng)度之失效分析方法甚多,然而對(duì)于深藏腹底不見天日的BGA球腳焊腳而言,多半屬于破壞性的事后研判。常見者如推球式的剪力試驗(yàn),對(duì)完工組裝板的三點(diǎn)彎折或四點(diǎn)彎折試驗(yàn),正面直接拉力之撕裂試驗(yàn)等;即使事后發(fā)現(xiàn)了斷口斷點(diǎn)等根本原因之所在處,但卻常因試驗(yàn)之動(dòng)作過猛,難免造成證據(jù)模糊線索摧毀的遺憾。


三點(diǎn)彎曲變形破壞性試驗(yàn)之示意圖


此為斜對(duì)BGA反方向單點(diǎn)施壓,所謂三點(diǎn)彎曲變形破壞性試驗(yàn)之示意圖。圖1.此為斜對(duì)BGA反方向單點(diǎn)施壓,所謂三點(diǎn)彎曲變形破壞性試驗(yàn)之示意圖;另外四點(diǎn)彎折試驗(yàn),系指對(duì)角線兩點(diǎn)下壓,另外對(duì)角線兩點(diǎn)支撐之扭曲變形試驗(yàn)。若能在各種破壞試驗(yàn)之前,先對(duì)試樣進(jìn)行染色處理,亦即採用紅色染料之探索法,使?jié)B入裂口微縫的細(xì)部失效處,再去執(zhí)行強(qiáng)力破壞的你東我西,則原本故障處自必原委尚存眞像歷歷,如此證據(jù)確鑿之下再去進(jìn)行失效分析時(shí),當(dāng)然就不會(huì)再有胡猜瞎矇亂槍打鳥的鏡頭上演了。


對(duì)于BGA眾多球腳式的面積性貼裝而言,外圍的銲點(diǎn)也許尚可進(jìn)行斜窺目檢,但深藏不露與世隔絕的大多數(shù)腹底銲點(diǎn),則只能依賴X-Ray透視的模糊影像去做臆測了。此時(shí)若能先對(duì)其膏肓處進(jìn)行染色再破壞時(shí),則眞相之一清二楚,原形之畢露眼底,又豈是X光可得以比擬?


二、染色法的實(shí)施

此Dry-n-Pry〈染色及偵察)染色法的一大優(yōu)點(diǎn),就是無需動(dòng)用到昂貴複雜的機(jī)器。該等特殊染劑之基本條件,就是可加溶劑而調(diào)薄其黏度,如此對(duì)于某些銲點(diǎn)的細(xì)縫微裂方可順勢潛入。另一種還須具備的本領(lǐng)就是“快乾易乾”,必要時(shí)還可升溫加速乾燥,以方便后續(xù)的觀察與研判。某些機(jī)械工場在金屬材料上所常用到標(biāo)記油墨,即可楚才晉用轉(zhuǎn)戰(zhàn)于此種場合。

作業(yè)方法可採吸管引取少許染料,再針對(duì)于待檢的BGA座落處,使染料小心散入目標(biāo)區(qū)域,必要時(shí)還可一再變動(dòng)板面角度,以協(xié)助染料的潛入與分散。最好是再將待檢板放入真空箱內(nèi),在抽眞空的協(xié)助下讓染料順利進(jìn)入銲點(diǎn)的裂縫,此法還可加速溶劑的逸走與染料的干燥。

經(jīng)過上述的染料處理及乾燥后,即可將失效的BGA或CSP經(jīng)由外力的強(qiáng)制下,硬性予以撕裂迸離。于是即可在各銲點(diǎn)開裂處直接觀察,全新光澤的斷面當(dāng)然就不是先前的故障,已遭染色的裂口或斷面,肯定即為原有的失效位置。


電路板板面密集貼裝多枚小型BGA或CSP之外觀


此為電路板板面密集貼裝多枚小型BGA或CSP之外觀。圖2、此為板面密集貼裝多枚小型BGA或CSP之外觀;可從封裝體的外緣(即箭頭所指處),施加染料(即箭頭旁之紅點(diǎn)),并令其逐漸滲入BGA或CSP之腹底各處,先行對(duì)失效位置著色。至于拆除BGA的方法也很多,例如可用扁頭起子用力撬開,或不斷左右旋動(dòng)以方便其分離與頂開。對(duì)于薄板而言,亦可小心反方向弄彎其板面以扯裂其銲點(diǎn);但對(duì)板面太小或太厚者在不易彎曲下,則只好先行除掉BGA上層的膠蓋以削減其頑強(qiáng)。此時(shí)可利用扁平寬口的抹刀,用力插入或擠入膠蓋與載板的介面,一旦膠蓋得以撬開后,所剩下的載板部份,自然就較容易用尖嘴鉗從PCB上將之小心移除了 。


三、失效分析之舉例

先利用幾個(gè)實(shí)例,來說明上述染色式故障偵測法的應(yīng)用,下圖3系針對(duì)某BGA銲墊的失效分析,畫面所見為某BGA之眾多球腳銲墊,在組裝板上已裂口的展現(xiàn)。由觀察可知其之浮裂是由于ENIG已經(jīng)發(fā)生黑墊的分離,此種由于染料先行潛入而不讓證據(jù)消失的做法,創(chuàng)意雖然不大居功卻厥偉!未見染料痕跡者當(dāng)然就是良好的銲點(diǎn)。在染料的事先佈局下,只要順利撬開組裝板上的BGA,其腹底眾多銲墊的好壞,自然也就涇渭分明無所遁形了 。


第2個(gè)案例是某CBGA經(jīng)過溫度循環(huán)的老化考驗(yàn)后,其組裝板面球腳銲點(diǎn)經(jīng)常發(fā)生的“疲勞龜裂”,就是先行染色而得以手到擒來的典型范例。其余閃亮滿圓的墊面,外圍又被紅色所環(huán)繞者,當(dāng)然就是并未失效強(qiáng)度良好的互連接點(diǎn)了。BGA在板面上的球墊,由于其表面處理ENIG的不良而已發(fā)生了黑墊,也可在染料先行滲入下,使得事后原形畢露,無所遁形。


BGA在板面上的球墊

圖3、BGA在板面上的球墊,由于其表面處理ENIG的不良而已發(fā)生了黑墊,也可在染料先行滲入下,使得事后原形畢露,無所遁形。此為大型多腳的CBGA撕開后板面銲墊的眞相,其中心處所受到的應(yīng)用較少,周邊外圍甚至四個(gè)角落處受到外力的拉扯最猛,經(jīng)常會(huì)在溫度循環(huán)試驗(yàn)后出現(xiàn)疲勞的裂口。


大型多腳的CBGA撕開后板面銲墊的眞相


圖4、此為大型多腳的CBGA撕開后板面銲墊的眞相,其中心處所受到的應(yīng)用較少,周邊外圍甚至四個(gè)角落處受到外力的拉扯最猛,經(jīng)常會(huì)在溫度循環(huán)試驗(yàn)后出現(xiàn)疲勞的裂口 。


冷焊點(diǎn)


下圖5則是在染料事先協(xié)助下所揭發(fā)的“冷焊點(diǎn)”, 此大型BGA安裝于PCB之前,當(dāng)然要先在板面各球墊上印以錫膏,隨后再讓BGA各球腳對(duì)號(hào)入座,并進(jìn)行后續(xù)的熱風(fēng)熔焊??赡苁怯捎谏郎厍€的定案有欠周詳,致使其一波三折的曲線其恒溫吸熱段時(shí)間拖得太久,以致錫膏中的助焊劑出現(xiàn)乾燥甚至裂解,不但未能在球腳與承墊進(jìn)行焊接的關(guān)鍵時(shí)刻伸出援手,反倒是尸位素餐形成了焊接的障礙。此等冷焊或僞焊只要先經(jīng)染料的從旁深入揭發(fā),再受到外力的考驗(yàn),則其等Dried lux的事實(shí)眞相,當(dāng)然也就水落石出昭然在目了。由于熔焊加熱段太長,致使錫膏中的助焊劑發(fā)生乾燥而形成冷焊點(diǎn), 一經(jīng)板面的反方向彎折時(shí),則各偽焊處均應(yīng)聲分裂。


原已故障之裂口


圖5、由于熔焊加熱段太長,致使錫膏中的助焊劑發(fā)生乾燥而形成冷焊點(diǎn), 一經(jīng)板面的反方向彎折時(shí),則各偽焊處均應(yīng)聲分裂。

此為三點(diǎn)或四點(diǎn)弄彎板面時(shí)所發(fā)生銲點(diǎn)分裂的另一畫面,所指的三點(diǎn)紅色處,即為原已故障之裂口。

圖6、此為三點(diǎn)或四點(diǎn)弄彎板面時(shí)所發(fā)生銲點(diǎn)分裂的另一畫面,所指的三點(diǎn)紅色處,即為原已故障之裂口。

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