車載中控屏核心板開機不良分析

某車載中控屏，在終端客戶運行半年左右發(fā)生無顯示以及黑屏異常。通過對中控屏主板的應力分析（對殼體、核心電子元器件及PCB實施壓力），初步鎖定主板上的BGA封裝器件可能存在連接性失效。

針對該樣品出現(xiàn)的問題，我們采取了X-Ray檢測、切片分析以及工藝分析的方式。具體的測試過程如下——

結(jié)果：eMMC檢出異常。

2.1.1 異常點位

結(jié)果：異常焊點與正常焊點的X-Ray圖像比對如下,由圖可見，存在虛焊的可能性。

說明：取異常品、正常品（功能）對比檢測。

2.1.2 3D X-Ray檢測

結(jié)果：異常焊點a存在虛焊可能性。

2.1.3 功能影響的確認

結(jié)果：異常焊點a為data功能，若虛焊，會造成直接影響；焊點b無功能作用。

結(jié)果：BGA枕焊不良。

說明：圖5所示間隙2.965μm。

2.2.1 eMMC異常焊點a的斷面金相分析

截面積比較：異常點焊球截面積明顯小于正常焊球截面積。

斷面錫膏上錫寬度比較：異常點上錫寬度約正常焊點寬度67%。

斷面錫膏上錫寬度比較：焊盤上錫64.2%（截面），焊錫厚度僅0.034mm。結(jié)果：異常焊點a存在印刷錫少可能性。

2.2.2 與正常的BGA焊球相比，eMMC 異常焊點a同排焊點的斷面金相

結(jié)果：與正常的BGA焊球相比，焊球呈拉伸狀態(tài)。

說明：BGA焊點呈拉伸狀態(tài)原因，可能是焊接過程中BGA焊球未充分坍塌，即存在錫液相時間不足的可能性。

2.2.3 eMMC異常焊點a的斷面SEM分析

結(jié)果：BGA焊球與錫膏處于未熔合狀態(tài)，并伴有錫填充量不足的現(xiàn)象。異常焊點a的斷面SEM分析：IMC層

結(jié)果：
①IMC有連續(xù)性；
②IMC層致密性不足；
③IMC層厚度不均勻，且整體IMC層厚度偏小。

說明：
IMC層的形成與溫度、錫液相時間直接相關(guān)。常規(guī)焊接情況下，BGA焊接形成的IMC層厚度主要在2.5μm左右，本樣品的IMC層厚度平均小于1μm，進一步說明回流時錫液相時間不足。

2.3.1 SPI錫膏檢測

結(jié)果：
調(diào)取對應批次eMMC位置SPI錫膏印刷數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析（體積數(shù)據(jù)），如圖示，eMMC BGA 印錫過程能力CPK 0.75，說明印刷過程非常不穩(wěn)定。從超范圍的區(qū)間分布判斷，16.5%的焊點存在很大的錫少風險。

說明：
前述分析的錫少可能性，通過該組數(shù)據(jù)的分析，可以確定確實存在。

2.3.2 鋼網(wǎng)開口設(shè)計

結(jié)果：

eMMC BGA 開口面積寬厚比為0.52，遠小于標準0.66及以上，錫在PCB上的沉積量主要由開口寬厚比決定。雖然采用了納米工藝涂層，但面積比過小，還是會影響錫沉積效果，造成印錫的不穩(wěn)定。

說明：

鋼網(wǎng)材質(zhì)：納米鋼網(wǎng)

鋼網(wǎng)厚度：0.12mm

eMMC BGA開口：φ0.25mm

2.3.3 回流溫度的設(shè)定分析

結(jié)果:

預熱時間（150℃-190℃）約60s→時間短

最高溫度、220℃以上時間：U1底部大于U1表面，不合理，數(shù)據(jù)有誤（接點與記錄不一致）→BGA實際溫度未知

最高溫度：246.7℃ →無特別異常

220℃以上時間：BGA 47.5s→無特別異常

說明：測溫板標本不是實際機型基板，結(jié)構(gòu)及器件布局上可能存在差異，板的散熱結(jié)構(gòu)也可能存在差異，不能準確地反映對象機型的溫度實況。

3.1 eMMC(BGA) 虛焊的原因

首先是錫少。具體表現(xiàn)在：沉錫能力CPK 0.75，錫量沉積不足；鋼網(wǎng)開口面積比0.52小于<0.66，對沉錫有影響 ；印刷參數(shù)：錫膏管理、鋼網(wǎng)清洗、關(guān)鍵參數(shù)(速度、清洗方式等）。
其次是回流錫液相時間不足。具體表現(xiàn)在：焊接IMC層厚度1.0μm左右；液相時間、溫度不足。預熱時間、液相時間較短，且溫度未達到230℃以上；由于錫液相時間不足，BGA焊球與錫未熔合，有裂隙存在。

3.2 eMMC(BGA) 虛焊發(fā)生機理

錫膏印刷工程沉錫能力低，工程不穩(wěn)定與鋼網(wǎng)及印刷參數(shù)的管理相關(guān)?；亓骱附訒r，印刷錫膏先液化坍塌，BGA焊球后液化坍塌。從金相分析確認，由于溫度設(shè)定存在缺陷，BGA焊球未完全坍塌時，即發(fā)生降溫冷卻，形成拉升狀焊點。印刷錫少，焊點則出現(xiàn)錫膏與錫球未充分接觸而形成枕焊，造成BGA焊球與錫膏不能有效的接觸、作用。

因此，造成本次問題的原因是這兩個方面綜合導致的——印刷錫少、回流時錫液相時間不足。

4.1 鋼網(wǎng)
鋼網(wǎng)仍采用納米鋼網(wǎng)，厚度變更從0.12mm到0.1mm（面積比由0.52到0.63）。
U8開口保持不變φ0.25mm，其他BGA按照焊盤直徑變更為外切正方形開口。

4.2 回流溫度
制作實板的測溫標本，每個BGA焊球溫度需監(jiān)測；
回流溫度的設(shè)定建議：

• 150-190℃時間：70s-80s之間；

• 220℃以上時間：60-75s；

• 230℃以上時間：30s以上。

溫度曲線類型：RTS。

4.3 管理
建議加強車載產(chǎn)品的初期管理，從參數(shù)評估/過程管理評估到固化點檢，確保工藝及工程的穩(wěn)定性。

說明：上述改善方案實施后，跟蹤該產(chǎn)品后續(xù)批次的生產(chǎn)，失效問題未在發(fā)生。

想了解更多關(guān)于技術(shù)方面的知識，歡迎關(guān)注“新陽檢測中心”公眾號。