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一般公司的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)偶爾會(huì)遇到裸機(jī)高處落下的【沖擊測(cè)試（drop test）】后發(fā)生BGA錫球裂開(kāi)的問(wèn)題，如果RD有比較好的sense，就應(yīng)該把產(chǎn)品拿去做一下應(yīng)力應(yīng)變分析，而不是直接就把所有的BGA掉落問(wèn)題都賴(lài)給PCBA制造工廠(chǎng)的SMT制程。

就深圳宏力捷的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，BGA錫球裂開(kāi)的問(wèn)題其實(shí)很難僅靠工廠(chǎng)的制程管理與加強(qiáng)焊錫來(lái)得到全面改善，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)RD可以多出一點(diǎn)力氣，制造上就會(huì)省下很多的成本。

以下面這個(gè)案例來(lái)說(shuō)，可以省下底材填充膠(Underfill)的材料費(fèi)與工時(shí)費(fèi)用，這還包含了間接管理與修復(fù)的費(fèi)用，也可以提高產(chǎn)品的信賴(lài)度，更可以降低日后可能的市場(chǎng)商譽(yù)品質(zhì)損失。

 

（BGA錫球開(kāi)裂問(wèn)題其實(shí)牽涉到很多的環(huán)節(jié)，「焊錫不良」只是其中一項(xiàng)而已，很多人一看焊錫開(kāi)裂的第一個(gè)反應(yīng)就是焊錫不良，但站在科學(xué)客觀的角度來(lái)看問(wèn)題時(shí)，只要看到焊錫的IMC有均勻的長(zhǎng)成，基本上焊錫就沒(méi)有太大的問(wèn)題，再來(lái)就得探討應(yīng)力與焊錫強(qiáng)度的關(guān)系了，因?yàn)椴徽摵稿a再如何加強(qiáng)，其承受應(yīng)力的能力提升總是有限的，一定應(yīng)力大于焊錫強(qiáng)度，焊錫破裂是可想而知的，所以在檢討完焊錫品質(zhì)后，接下來(lái)就該檢討如何消除應(yīng)力的來(lái)源與加強(qiáng)機(jī)構(gòu)的抗應(yīng)力設(shè)計(jì)了，本案例已經(jīng)是先確認(rèn)焊錫沒(méi)有問(wèn)題，所以才會(huì)要求RD加強(qiáng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)改善應(yīng)力沖擊。）

 

其實(shí)BGA錫球開(kāi)裂的最大問(wèn)題十有八九都來(lái)自于應(yīng)力(Stress)，不管是SMT回焊高溫時(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?hù)使用時(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(lái)源，如果設(shè)計(jì)之初就可以模擬各種狀況做應(yīng)力應(yīng)變分析，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(guò)多次的類(lèi)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(kāi)裂的特性要因分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力的來(lái)源，并且做了設(shè)計(jì)變更來(lái)改善這個(gè)BGA錫球開(kāi)裂的問(wèn)題，當(dāng)然有先用mockup的材料來(lái)做驗(yàn)證，結(jié)果也著實(shí)讓人滿(mǎn)意，事后實(shí)際修模生產(chǎn)后再做最終QA驗(yàn)證也都沒(méi)有再發(fā)現(xiàn)BGA開(kāi)裂的問(wèn)題，真心希望這個(gè)「應(yīng)力應(yīng)變驗(yàn)證動(dòng)作」以后會(huì)是RD驗(yàn)證的標(biāo)淮程序。

 

利用應(yīng)變計(jì)(Strain Gauge)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)變更前后對(duì)BGA錫球開(kāi)裂位置的應(yīng)變量分析

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(hù)使用時(shí)不至于發(fā)生屏幕反光，所以產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一個(gè)類(lèi)似收銀機(jī)的傾斜屏幕，也就是這個(gè)傾斜角讓BGA零件在產(chǎn)品做正背面落下測(cè)試時(shí)承受了巨大的電路板變形量，以致造成BGA錫球裂開(kāi)，因?yàn)楫a(chǎn)品的側(cè)邊(side)及角落(corner)摔落都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以前的例子幾乎都是在角落摔出問(wèn)題的。

既然知道可能的問(wèn)題出在電路板變形量過(guò)大，于是在電路板上黏貼【應(yīng)變計(jì)(Strain Gauge)】，所先量測(cè)未改善前的應(yīng)變量數(shù)據(jù)，然后在電路板等主要組件不變得情況下，更換改善后的機(jī)構(gòu)再做一次應(yīng)變量的量測(cè)。

改善方法是在BGA零件的附近新增塑膠機(jī)溝肋柱(rib)來(lái)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]。

因?yàn)樵谧鲞@個(gè)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)品的大部分設(shè)計(jì)都已經(jīng)完成了，所以改善的方法就是盡量找到一個(gè)空間可以用來(lái)增加支撐柱，讓電路板在落下變形時(shí)有硬物可以支撐住，以降低其變形量。
 

既然知道可能的問(wèn)題出在電路板變形量過(guò)大，于是在電路板上黏貼應(yīng)力計(jì)(Stress Gauge)然后先量測(cè)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(lái)頂住電路板以降低電路板在落下時(shí)的變形量。

應(yīng)變計(jì)量測(cè)機(jī)構(gòu)改善前后的應(yīng)變量

下表列出改善前與改善后(增加rib)的微應(yīng)變量(Micro-Strain，x106)實(shí)際量測(cè)值。就如同預(yù)期的，在正面（傾斜面）落下時(shí)的應(yīng)變量改善達(dá)到106，因?yàn)楫a(chǎn)品正面(Top)外型有個(gè)彎曲傾斜角，比較容易因?yàn)橥饬Χ斐蓮澢欢趁妫˙ottom）為平面落下的應(yīng)變量改善則比較小，只有42。

由此可見(jiàn)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)變值量測(cè)的是電路板的Z方向，但是只有X軸的Z值，如果可以加測(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(guò)DQ重新驗(yàn)證落下測(cè)試的效果，證實(shí)BGA沒(méi)有再出現(xiàn)開(kāi)裂的問(wèn)題。