SMT BGA元器件空焊、枕焊(Head pillow)不良原因分析与改善

发布时间:2024-10-13 19:55:22  

一、问题描述:

1、Model(Who): N32TR1 Night  Ranger  CD

2、Issue Date (When) : 2016/01/14

3、Line (Where) :  SE/DA线& S5

4、Issue(What): SE产过程中在ICT cover到U8空焊不良,后经侧镜/2D X-ray/切片分析确认现象为枕焊异常,在相同制程条件下同一片板的UXX却没有此异常

5、F/R (How Much) :  1106/1200=92.16%

6、BGA  P/N: 00NU613AA   Vender: PMC     Vender P/N: PM8043B-F3EI

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二、不良分析方法与流程说明:

枕焊在Reflow焊接形成过程介绍-->鱼骨图分析枕焊原因-->针对所有因子进行一一验证-->单一验证小结-->总结

三、枕焊在Reflow焊接过程中形成介绍

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四、BGA枕焊鱼骨图分析


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五、 鱼骨图分析总结

从以上鱼骨图分析的因子进行总结,枕焊(Head-in-Pillow)的可能原因主要如下几方面,我们将一一进行验证分析验证:

1、Printer :

1)Insufficient solder volume(锡量不足)
2)Printing misalignment(印刷少锡)

2、Mounter:

1)inaccurate XY placement(置件偏移)

3、Reflow:

1)Inappropriate reflow profile caused substrate  and PCB Bending
2)氧浓度异常

4、Package Material:

1)Ball coplanarity
2)Ball surface oxidation
3)Substrate warpage

六、制程工艺调查

1、钢板开口设计调查

由于印刷锡膏量将有可能造成枕焊发生,印刷锡膏量又与钢网的开孔大小及印刷状况有关,因此确认以下方面的内容: 确认Stencil的开口设计是否符合钢网规范;

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2、锡膏上线记录检查

在印刷环节,如锡膏超出使用时间而有氧化或是助焊剂失效,也会引起焊 接润湿不良,从而造成焊接枕焊异常,故对锡膏领用做调查;
从锡膏领用报表上可以查到锡膏领用均为新开封锡膏, 不存在使用过剩超期锡膏的问题;

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小结:从以上得知:锡膏本身及其使用管控是符合要求,无任何异常;

3、锡膏印刷状况SPI Data

确认DEK实际印刷效果:即有无漏印/少锡和偏移异常;

1). 确认 SPI Data:  Result is OK

2). 统计5pcs NG品的锡膏印刷 (SPEC: Volume:  0.0058~0.0345 mm3 , Highness: 0.034~0.302 mm, Area:0.029~0.1985 mm2 )

No

Volume

Highness

area

Max

Min

Meet Spec

Max

Min

Meet Spec

Max

Min

Meet spec

1

0.022

0.0127

Y

0.163

0.122

Y

0.144

0.095

Y

2

0.0212

0.0125

Y

0.172

0.115

Y

0.143

0.0837

Y

3

0.0222

0.0129

Y

0.167

0.126

Y

0.138

0.0776

Y

4

0.0206

0.0099

Y

0.2198

0.139

Y

0.119

0.062

Y

5

0.0214

0.0121

Y

0.164

0.124

Y

0.132

0.0786

Y

小结:从以上得知:NG板的DEK实际印刷效果正常,无任何异常;

4、 置件偏移有可能造成枕焊不良,因此确认U8贴装是否存在偏移,

1)从贴装状况来看没有发现偏移.

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2)从切片结查来看,也没有发现偏移问题

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小结:从以上得知:贴装是正常的,无偏移不良.

5、Reflow的各个参数也密切影响着焊接状况,如参数异常也会造成枕焊异常,故确认当日生产Profile(图可放大)如下;

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小结:Reflow的Profile是正常的,各项参数指标均在管控范围内;第二次Control Run,调整Reflow Profile仍然不效.

a. Reflow的各个参数也密切影响着焊接状况,如参数异常也会造成枕焊异常,故确认当日生产Profile(图可放大)如下;

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b. Reflow的各个参数也密切影响着焊接状况,如参数异常也会造成枕焊异常,故确认当日生产Profile(图可放大)如下;

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c. 第二次Control run 200pcs, 升高Reflow Profile的Peak温度和回流时间,结果无明显改善

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6、Reflow 氧浓度检查: 如果在Reflow焊接过程中,出现氧浓度超标,有可能造成枕焊,因此检查SE&S5 Reflow氧浓度实际状况,从检查结果来看,氧浓度是正常的,且此条线生产其他产品都有BGA类零件,无枕焊不良,因此可以排除氧浓度异常的可能.

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7、 Reflow时可能由于PCB板弯或是物料本体的的弯曲造成焊接时出现枕焊异常;

1)PCB板在高溫焊接過程固然會存在微小形變量,因此PSE進一步确认: PCB板TOP面零件分布均匀且都为重量较轻原件, 设计长宽为210X160的2联模板,板厚1.6mm,焊接过程中PCB板无变形.

2)此機種已经生产了很长一段时间,都无板子变形问题,因此说明PCB板变形不是造成枕焊的原因.

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8、Raw material分析:

1)使用放大镜观察零件锡球表面,未发现特别的异常物质,但是发现锡球表面存在锡球不完整状况. (BGA外观检查:检查44pcs, 没有发现明显的外观异常, 如缺球,锡球变形, 沾异物)

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2) 第二次Control run 200pcs, 升高Reflow Profile的Peak温度和回流时间,结果无明显改善,采用了增加原料锡球表面涂松香水生产,增加在锡球表面涂松香水的目的是:增加Flux在清除锡球表面的氧化物, 结果如下表.

后续,再使用涂松香水的方式,生产2912pcs,无不良.

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9、 综上分析总结如下:

1)印刷制程Study:经过Study 钢板开口符合Wistron开口规范、SPI  Data显示印刷锡膏量是正常的、锡膏上线记录显示完全按照锡膏要求管控,因此从这说明焊接所需的锡膏量是normal的.无异常
2)Mounter状况Study : 通过切片与2D X-ray检查确认贴装是OK的,无偏移不良.
3)Reflow焊接制程Study :  经过Study Profile、Reflow氧浓度显示都符合要求,无异常,且经过实验把Reflow Profile 恒温时间、高温焊接时间、Peak 温度调整至规格上限仍然不能改善此枕焊不良。
4)Raw material Study: 通过物料外观检查未发现明显异常, 但是通过在锡球上涂松香水,使其增加去氧化能力,试验120pcs ,只有1pcs不良,不良率明显降低,从这说明Raw material 锡球表面可能存在较多影响wetting的氧化物。
5)通过以上分析,枕焊问题与 Raw  material 锡球表面氧化物过多,使其锡球的Wetting能力较差,导致枕焊的可能原因最大.

10、进一步实验验证

1)在Raw material 问题没有得到有效解决之前,进一步通过导入如下几个动作进行组合实验,以尝试解决问题: 烘烤BGA, 涂松香水,钢板开口从15mil增大至18mil.

线别

日期

Reflow 参数

实验条件

Input Q’ty

Defect Q’ty

Defect Rate

Remark

S5

3/2

Peak temp :238~242 ,  217 ℃以上时间 80~90sec

烘烤 BGA+ 涂松香水 + 钢板开口 15mil

1280

0

0%

3 个动作同时导入可以完成解决枕焊问题

烘烤 BGA+ 涂松香水 + 钢板开口 18mil( 0.13mm)

320

0

0%

3/18

Peak temp :238~242 ,  217 ℃以上时间 80~90sec

钢板开口 18mil( 0.13mm)

+ 未烘烤料 BGA + 未涂松香水

88

10

11.4%

只是加大钢板开口不能解决枕焊问题

钢板开口 18mil( 0.13mm)

+ 烘烤料 BGA+ 未涂松香水

112

10

8.9%

加大钢板开口与烘烤 BGA 仍然不能解决枕焊问题

3/25

Peak temp :238~242 ,  217 ℃以上时间 80~90sec

烘烤 BGA

400

40

10%

只是烘烤 BGA 不能解决枕焊问题

4/20

Peak temp :238~242 ,  217 ℃以上时间 80~90sec

使用 0.15mm 厚度钢板 /18mil 开口

140

3

2.1%

钢板厚度变厚后 , 不良率仍然偏高 .


2) 进一步实验小结:从进一步实验说明单单烘烤BGA、单单使用扩孔钢板、烘烤BGA+扩孔钢板生产,都不能解决枕焊问题,而增加涂身松香水动作就可以解决枕焊问题,进一步说明枕焊问题是Raw  material 锡球表面氧化物过多造成.

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文章来源于:SMT工程师之家    原文链接
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