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[短篇小說]解密BGA的焊接之謎09:加強焊錫強度的短暫對策
馬克想了一下之後問道:「在不做設計變更的情況下,是否還有什麼方法可以用來增加焊錫強度?」
前天約翰私底下找到了馬克,說明這次市場部寄回了一些Omni5940的不良品,其中有一部分出現"無法開機"及"螢幕無顯示"的現象,經過初步分析後,判斷為BGA底下錫球焊錫破裂,送實驗室繼續深入分析後,發現可能是應力所導致,所以才會有今天的會議討論。而這幾天約翰也得到市場部同仁的回覆,說這兩種不良現象的產品幾乎都集中在某個大客戶,而客戶則是將此產品配置給快遞員使用,因為這款產品本身自帶電池,可以手持使用,公司還特地為這個客戶設計了一條可以放置產品的斜背透明肩帶。
亞力士並未立即回答馬克的問題,因為他也從自己的管道得知這款產品在市場部的使用狀況,很明顯的,這款產品原本設計是在室內(indoor)使用的,現在則被拿去做半戶外(outdoor)+半車用(in-car)了,而且當初還自降DQ門檻,這根本就是個越級挑戰賽啊。
亞力士思考了一下之後緩緩地說道:「有啊!」
馬克的眼睛明顯的亮了一下。
亞力士:「不過這些方法用來對抗應力基本上都只是杯水車薪,無法一勞永逸,也就是無法徹底解決應力所產生的問題,也很有可能只是延緩焊錫破裂的時間而已,而且這些方法基本上也都會增加工廠生產的難度與工時,也就是會增加生產成本。如果可以的話,我還是建議要從設計著手,從根本來解決應力來源或是產品抵抗應力的能力,這些方法基本上只能當成短期對策。」
馬克說:「了解~了解~但總得先解決燃眉之急吧!具體有什麼方法可以增加焊錫強度?即使只能增加一點點也好過沒有,對吧。」
亞力士:「先不要高興得太早!到時候如果會增加生產成本,我還是會透過供應鏈(supplier chain)的管道往上呈報給老闆們知道,畢竟你也知道公司現在對成本抓得很兇,任何生產成本的變化,尤其是成本增加,都會引起高層的關注。所以,你也必須要先有心理準備。」
亞力士看了一下馬克後繼續說:「最快速有效且不需要設計變更的方法應該是使用Underfill(底部填充膠)。底部填充膠的材料通常使用熱固型的環氧樹脂(Epoxy),是在PCBA組裝完成且功能測試無異常後,將Underfill塗抹在BGA晶片的邊緣利用毛細原理讓其自動沿著BGA本體與PCB間的縫隙滲透到BGA的底部,然後再加熱予以完全固化(cured)的一種方法。簡單地說就是在BGA載板與PCB之間用熱固型的黏合劑來增加其抵抗應力的能力,所以選擇適當黏度的Underfill是個很關鍵的要素。另外,還有一些變通的做法,比如使用黏度較高的Epoxy點在BGA的四個角落,不一定需要讓Epoxy滲透到BGA底下,因為焊錫破裂最常發生在四個角落的位置。」
「不過建議你先不要高興得太早,經驗證明,Underfill確實可以有效降低產品在摔落測試及滾動測試中因為重力所造成的零件掉落等不良,不過如果是板彎造成的焊錫破裂,效果就會大打折扣。這是因為Underfill只是在局部小單位(BGA零件範圍)做灌膠無法有效抵抗板彎的影響。」
「所以,另外一個的方法就是灌膠(potting),可以選擇整片PCBA灌膠或是限定區域灌膠,灌膠其實就是用Epoxy把板子給保護起來,就類似琥珀保護標本一樣,對於提升BGA抵抗錫裂的效果比Underfill好非常多,不過灌膠的限制也非常多,比如PCB上所有灌膠位置的通孔都必須塞孔,還得預先設計一個容器來框住Epoxy,否則容易發生漏膠,導致其他機構件作動失效,連修理都無法進行,只能直接報廢。」
馬克說:「看起來似乎只能先選擇Underfill。」
亞力士說:「我個人也是建議先採用Underfill。執行Underfill時必須添加至少一部XYZ三軸的點膠機,是Underfill膠的種類,可能還必須要有預熱設備。另外,還需要至少一套點膠治具,以及很多套烘烤時使用的水平治具,用來讓PCBA保持水平,如果Underfill固化前PCBA傾斜,就可能使得Underfill溢留出BGA底部,污染周遭零件,最糟的是可能使得BGA底部膠量不足,降低抵抗應力的能力。治具的數量,得計算cycle time與需求產出來決定。這些設備與治具到時候都會申請NRE。」
系列文章:
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- [短篇小說]解密BGA的焊接之謎02:開棺驗屍(拆機檢查)
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- [短篇小說]解密BGA的焊接之謎05:細數台灣實驗室
- [短篇小說]解密BGA的焊接之謎06:IMC是什麼
- [短篇小說]解密BGA的焊接之謎07:焊錫破裂應力來源
- [短篇小說]解密BGA的焊接之謎08:討論IMC切片報告
- [短篇小說]解密BGA的焊接之謎10:應力應變量測
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