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PCBA大講堂:BGA錫球裂開的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)改善對(duì)策

發(fā)布時(shí)間 :2016-08-10 13:51 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA部
一般公司的新產(chǎn)品開發(fā)偶而會(huì)遇到裸機(jī)高度落下【沖擊測試(drop test)】后發(fā)生BGA錫球裂開的問題,如果RD有比較好的sense,就應(yīng)該把產(chǎn)品拿來做一下應(yīng)力分析,而不是把所有的BGA掉落問題都賴給PCBA制造工廠的SMT制程。
以深圳宏力捷的經(jīng)驗(yàn)來看,BGA錫球裂開的問題其實(shí)很難僅靠工廠的制程管理與加強(qiáng)焊錫來得到全面改善,如果設(shè)計(jì)的時(shí)候RD可以多出點(diǎn)力氣,制造上會(huì)省下很多成本,以下面這個(gè)案子為例,可以省下Underfill的材料費(fèi)及工時(shí)費(fèi)用,還包含了間接管理與修復(fù)的費(fèi)用,更可以降低日后可能的市場商譽(yù)品質(zhì)損失。
其實(shí)BGA開裂的最大問題十有八九都來自于應(yīng)力,不管是SMT回流焊高溫時(shí)板子彎曲變形所形成的應(yīng)力,還是產(chǎn)品因?yàn)闄C(jī)構(gòu)組裝所形成的應(yīng)力,或是因?yàn)榭蛻羰褂脮r(shí)撞擊,或不慎掉落地面所造成的外力,這些其實(shí)都是應(yīng)力的來源,如果設(shè)計(jì)之初就可以模擬各種狀況做應(yīng)力分析,并針對(duì)可能產(chǎn)生應(yīng)力的部份做一些設(shè)計(jì)調(diào)整以降低應(yīng)力的影響,相信可以讓BGA產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)更加的穩(wěn)定,甚至還可以移除一些不必要的underfill制程,達(dá)到節(jié)省成本的利益。
 
不知是否因?yàn)樯钲诤炅輰?duì)新產(chǎn)品有過多次的類似要求,還是大家終于認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)影響制造的嚴(yán)重性,公司這次新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)總算有個(gè)比較好的回應(yīng),也花了心思做了BGA錫球開裂的要因分析,更發(fā)現(xiàn)應(yīng)力的來源,并且做了設(shè)計(jì)變更來改善這個(gè)BGA錫球開裂的問題,當(dāng)然有先用mockup的材料來做驗(yàn)證,結(jié)果也讓人滿意,事后實(shí)際修模生產(chǎn)做最終驗(yàn)證也都沒有再發(fā)現(xiàn)BGA開裂的問題,真心希望這以后是RD驗(yàn)證的標(biāo)淮程序。
以下就是這款產(chǎn)品的大概設(shè)計(jì)外型與BGA所在位置,為了方便客戶使用時(shí)不至于發(fā)生反光,所以產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一個(gè)類似收銀機(jī)的傾斜螢?zāi)唬褪沁@個(gè)傾斜角讓BGA在產(chǎn)品做正反面落下測試時(shí)出現(xiàn)了巨大的形變,以致造成BGA錫球裂開,因?yàn)楫a(chǎn)品側(cè)邊(side)及角落(corner)摔落時(shí)都沒有問題,以前的例子幾乎都是在角落摔出問題的。
PCBA大講堂:BGA錫球裂開的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)改善對(duì)策-深圳宏力捷
既然知道可能的問題出在電路板變形量過大,于是在電路板上黏貼應(yīng)力計(jì)(Stress Gauge)然后先量測未改善前的應(yīng)力數(shù)據(jù)。改善方法是在BGA的附近新增機(jī)溝肋柱(rib)來頂住電路板以降低電路板在落下時(shí)的變形量,參考上圖的[New add rib]。
PCBA大講堂:BGA錫球裂開的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)改善對(duì)策-深圳宏力捷PCBA大講堂:BGA錫球裂開的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)改善對(duì)策-深圳宏力捷
因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)品的大部分設(shè)計(jì)都已經(jīng)完成,所以改善的方法就是盡量找到一個(gè)空間可以用來增加支撐柱,讓電路板在落下變形時(shí)有物體可以支撐住,以降低其變形量,改善對(duì)策后再用應(yīng)力計(jì)實(shí)際量測一次應(yīng)力。
既然知道可能的問題出在電路板變形量過大,于是在電路板上黏貼應(yīng)力計(jì)(Stress Gauge)然后先量測未改善前的應(yīng)力數(shù)據(jù)。改善方法是在BGA的附近新增機(jī)溝肋柱(rib)來頂住電路板以降低電路板在落下時(shí)的變形量。
既然知道可能的問題出在電路板變形量過大,于是在電路板上黏貼應(yīng)力計(jì)(Stress Gauge)然后先量測未改善前的應(yīng)力數(shù)據(jù)。改善方法是在BGA的附近新增機(jī)溝肋柱(rib)來頂住電路板以降低電路板在落下時(shí)的變形量。
下表列出改善前與改善后(增加rib)的應(yīng)力實(shí)際量測值。就如同預(yù)期的,在正面(傾斜面)落下時(shí)的應(yīng)力改善達(dá)到106,因?yàn)楫a(chǎn)品正面外型有個(gè)彎曲傾斜角,比較容易因?yàn)橥饬Χ鴱澢?;而背面(平面)落下的?yīng)力改善則比較小,只有42。足見增加一根肋條(rib)就可以達(dá)到一定程度的電路板變形量改善。這個(gè)應(yīng)力值量測的是電路板的Z方向,但是只有X軸的Z值,如果可以加側(cè)Y軸的Z值會(huì)更有參考價(jià)值。
  改善前 改善后 改善量
正面落摔 -186 -80 106
背面落摔 203 161 42
這項(xiàng)設(shè)計(jì)變更執(zhí)行后,經(jīng)過DQ重新驗(yàn)證落下測試的效果,證實(shí)BGA沒有再出現(xiàn)開裂的問題。


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