1、2022年12月16日星期五系统产品系统产品PCBA制程失制程失效模式验证对策效模式验证对策主題切入 1.常見的無鉛Pb-Free或RoHS焊點/PCBA失效要因分析 2.Board Level板階(IC上板的PCBA)可靠度驗證/分析手法(如IPC/JEDEC)3.現行各國際網通大廠現況何為BLR(PBCA板階)系統產品的可靠度問題發生原因 1.零組件不穩定(尤其是BGA封裝的IC)2.PCB材料的問題(化金板,OSP板或是化 銀板,因為PCB搭配不同焊錫如SAC105或SAC305就呈現不同的機械性質)3.焊點問題(焊錫,錫膏與助焊劑因素)4.4.組裝問題組裝問題(Assemblies p
2、rocess,(Assemblies process,如如SMTSMT溫度或溫度或冷卻速率等冷卻速率等,將會影響焊接面將會影響焊接面IMCIMC共晶化物共晶化物層結構層結構,進而影響系統產品強度進而影響系統產品強度).).环保趋势对电子电器产品的挑战無鉛或RoHS焊點/PCBA失效要因 (1)由歷史來看待產品問題與主要挑戰:20002006年:為無鉛Pb-Free時期,因為在焊上BAG的PCBA折彎試驗(bending test)發現錫鉛(PbSn)焊點的彈性是錫銀銅(SnAgCu)焊點的2倍,所以主要影響為零件,焊點,PC板&SMT製程的可靠度驗證標準都需改變.20062008年:為RoHS
3、時期,主要影響就是RoHS法規加速製程轉換,但因製程與原料忽然改變,造成RMA客退比例急速攀升,尤其2008年最嚴重.20082012年:為Halogen-Free(Br,Cl)Sb2O3無鹵時期:主要影響就是PCB Crater,ECM/CAF(電遷移與孔短路).2012之後即為Phosphorous Free無磷時期:材料技術瓶頸與可靠度驗證標準需再修訂.而且目前也發現錫鉛焊點的錫樹枝(Sn Dendrite)又比錫銀銅焊點細許多,所以錫鉛焊點的耐衝擊強度遠比 錫銀銅焊點好很多.Lead-Free焊點冷卻速率需比錫鉛焊點高,才不易發生錫原子結合而影響焊點強度.無鉛錫球Ag3Sn與常用2種無
4、鹵PCB(ENIG&OSP)搭配HTSL:HTSL(High Temperature Stress Life)高溫應力測試發現:(1)PCB有機板OSP比化金板ENIG強度好.(2)OSP與無鉛錫球比搭配Silver immersion 在溫度衝擊後,BGA內部更不易有氣泡氣泡.無鹵HF PCB板與焊錫搭配 SAC105與HF PCB搭配時,機械性質為最佳.低銀焊錫(SAC105)耐衝擊,適用手持式產品.高銀焊錫(SAC305)耐溫變,適用桌上型產品.失效的关键因素-IMC-IMC共晶化合物層共晶化合物層IMCIMC層的影響層的影響造成IMCIMC異異常破常破的原因的原因IMCIMC層的影響層
5、的影響錫銀銅錫銀銅SAC&SAC&錫鉛錫鉛SnPb SnPb 焊点差焊点差異異Ag3Sn Platelet ConcernAg3Sn Platelet Concern無鉛焊點無鉛焊點Pb-free Pb-free 製程的挑战製程的挑战無鉛或RoHS焊點/PCBA失效要因 由Lead-Free焊點試驗結果發現:After AQI test(Assembly Quality Inspection:紅墨水/染色試驗,X-Ray,超音波,切片,錫球推拉試驗)發現:17%Failure;為製程因素.表示產品經振動與落下試驗後亦很可能Fail.After TCT test(溫度循環):30%Failure
6、 After Shock test:38%Failure.After Vibration test:2%Failure.After HALT test:13%Failure.(開機狀態的HALT test).焊点异常-机械冲击试验后机械冲击试验后製程孔问题(25%is Enough?)(CuPbSnAu=(1)注意材料與製程變更.(2)助焊劑,錫膏與製程等濕度及離子污染 管理 電遷移原因CAF孔短路原因CAF/SIR影響PCB PCB 可靠可靠的挑战的挑战零組件上PCBA板驗證平台IC晶片焊到PCB板發生翹曲疊球(Warp-Page):避免IC晶片焊到PCB發生翹曲或疊球(Warp-Page)
7、,系統廠應該要求IC封測廠進行:(1)Solder-ability沾錫試驗(2)除菊線路試驗(daisy chain test)(3)AQI製程組裝品質試驗(Assembly Quality Inspection)a.紅墨水/染色試驗 b.超音波試驗 c.X-Ray試驗 d.切片試驗 e.錫球冷熱球推拉試驗 AQI OK=表示製程OK =進行系統產品可靠度 Test.建議試驗隨機抽樣數 二項式分配:(1)IAD:n=22 PCS(=10%;=10%).(2)車電產品:n=76 PCS(=3%;=10%).建議試驗隨機抽樣數 建議試驗隨機抽樣數 除菊線路試驗(daisy chain test)除
8、菊線路試驗(daisy chain test)除菊線路試驗(daisy chain test)除菊線路試驗(daisy chain test)IPC-Std.Daisy chain IPC-Std.Daisy chain HASL/ENIG/OSP Daisy chain 零組件可靠度验证方案PCBPCB板板验证项目方案验证项目方案AQI製程組裝PCBA品質检验项目PCBAPCBA无铅及无卤素可靠无铅及无卤素可靠验证验证方案方案Stress Mode vs.Defect Detected(系統產品)PCBA Temperature Cycle Qualification TestAcceler
9、ated Life of Thermal CycleInspection Point for Thermal Cycle Long Term Reliability on Thermal CycleRandom Vibration TestRandom Vibration TestRandom Vibration TestRandom Vibration TestRandom Vibration TestMechanical Shock TestMechanical Shock TestMechanical Shock TestMechanical Shock Test高可靠產品测试要求项目現行各國際網通大廠之PCB現況 (1)CISCO:汰用化金化銀與ENIG,採用 OSP(用於高頻產品)(2)DELL:汰用化銀,Sn/Pb與Bright Tin,多 採用AO3 PCB.而且Pb-Free產品都需做 HALT Test.(3)HP:僅化金板不建議使用.
