电子零件掉落或BGA锡裂一定是SMT制程问题迷思(1)？锡裂只是应力大于结合力之必然结果

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写在前面：188金宝搏苹果下载 这篇文章老实说酝酿了很久，也写了很久，而且文章篇幅还真的有点长，算了一下，总共分成了13+1篇文章来发表，文章中提到的许多观念在188金宝搏苹果下载 的部落格中其实也都是老生常谈的议题了，不过188金宝搏苹果下载 这次算是比较有系统的将之整理出来，所以如果你对这个【电子零件BGA掉落】议题没有太多兴趣～勿入~

188金宝搏苹果下载 其实已经不是一两次被人家这样质疑了，我们家的RD，尤其是新进的RD，似乎每次只要一碰到电路组装板(Printed Circuit Assembly, PCA)上有电子零件掉落（尤其是BGA零件）或是焊锡破裂的问题，第一个反应就是先跑来质疑我们SMT组装工厂的焊锡一定有问题，而且还会很大声的要求并希望工厂可以增加锡膏量来增加焊锡强度。这真的是够了！

更让188金宝搏苹果下载 受不了的是，产品明明是已经做过了裸机摔落冲击测试(drop impact test)或是滚动测试(tumble test)后发生的不良，却硬要SMT制程拿出个解决办法增加焊锡强度来克服零件掉落或锡裂的问题。

188金宝搏苹果下载 首先要澄清一件事，「焊锡的主要目的在连接电子零件与PCB的讯号，而不是用来解决应力及变形的问题」，别本末倒置了。

而且「焊锡强度基本上应该是与焊接物的接触面积成正比」，而不是与焊接的体积成正比，若是想增加焊锡强度不是一味的增加焊锡量就可以，而是要增加零件与焊锡的接触面积，在PCB焊垫表面处理、焊垫大小或零件焊脚形状不改变的原则下，仅增加锡膏量是很难增加焊锡强度的，188金宝搏苹果下载 之前就已经有撰文说明过这个观念，这里不再赘述，详细请参考「电子零件焊接强度的观念澄清」一文，而判断焊锡焊接得好不好（吃锡吃得好不好），基本上只要拿去做切片后检查其IMC的生长分佈得是否均匀就可以知道了，如果IMC没有问题，那么再如何要求SMT工厂增加焊锡量都无济于事。

如果你还不知道IMC是什么？建议你先看看这篇文章以了解【何谓IMC (Intermetallic Compound)？IMC与PCB焊接强度有何关系】。

其实，已经焊接完成的电子零件之所以会掉落或发生锡裂，其主要原因应该可以归结为：

【应力(stress) > 结合力(bonding-force)】，

电子零件因为受到应力作用，然后从结合力最脆弱的地方开始依序裂开。而「焊锡强度」只是整个PCA「结合力(bonding-force)」的其中一环而已。

如果想要彻底解决电子零件掉落的问题就必须从下面几个面向来思考与着手改善：

• 增加PCA的结合力。
  加大焊垫/焊盘的尺寸，可以考虑更改「NSMD焊垫」设计为「SMD焊垫」设计，因为SMD的铜箔大小实际上比NSMD来得大，所以它可以强化焊垫黏贴在FR4的能力，但是SMD却不利焊锡强度，也就是它会容易从IMC处断裂。而比较好的方案择是将焊垫设计成NSMD，并在其焊垫上设计via并电镀塞孔（打地桩）。

• 增加零件对应力的抵抗能力。
  BGA封装的四个角落是锡球最容易发生焊锡破裂处，因为受到的应力最大（力距最长），BGA设计时可以考虑在四个角落设计没有功能讯号的假球(Dummy-ball)并且焊接，可以起到保护BGA四个角落焊点的目的。
• 透过机构设计降低应力对电路板变形之影响。
  可以考虑透过机构设计来顶住电路板容易变形的地方以减轻其弯曲量，也可以增强机构的刚性以防止其变形。

这里有一个观念188金宝搏苹果下载 必须再强调一次，当电路板(PCB)设计完成后，组装板(PCA)焊锡的结合力基本上也就大致固定下来了，但是应力(Stress)却是个可变因素，因为应力的来源无法完全受控，比如说产品震动或是不小心摔落地面…等因素，这也说明为何明明吃锡状态不变，但有些产品就是会发生零件掉落或锡裂，但有些产品则不会，因为它们受到了不同应力的作用，当焊锡的强度不足以抵抗应力时就会发生断裂。正常来说，产品设计时应该要有安全系数的观念，188金宝搏苹果下载 个人建议安全系数至少要有1.2～1.5以上，也就是说产品设计所能承受的应力一定要高于预估应力的1.2～1.5倍以上，因为你永远不知道产品真正使用时所承受的应力是多少，而且电子零件使用一段时间后其焊接强度也会逐渐劣化变脆，降低其抵抗应力的能力。

用影片解说【BGA发生锡裂一定是焊锡问题吗？锡裂原因与解决方法探讨】

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「电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思」系列文章列表：

• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(2)？PCA的结合力包含有哪些？
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(3)？IMC是良好焊锡结果的必要之恶
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(4)？PCB表面处理改用「铜」基地
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(5)？增加焊锡的接触面积以增加焊锡强度
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(6)？188金宝搏苹果下载 个人给BGA焊垫设计的建议
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(7)？铜箔焊垫与PCB板材间的结合力(bonding-force)
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(8)？增加PCB的刚性(stiffness)来抵抗应力避免板弯的影响
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(9)？增加零件对应力的抵抗能力
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(10)？透过机构设计降低应力对电路板变形之影响
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(11)？应力是造成BGA焊锡破裂的最大兇手
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(12)？制造工厂中可能出现较大应力的制程
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(13)？应力来源的最大挑战：使用环境

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延伸阅读：
导通孔在垫(Vias-in-pad)的处理原则
滚筒测试(tumble test)的方法与失效解决对策
如何判断BGA掉件是SMT工厂制程或是设计问题?
电路板零件掉落，该如何着手分析、判断并釐清问题点

• LTS低温焊锡可靠度验证

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