关于BGA\QFP\QFN芯片焊接可靠性相关影响因素（有鱼骨图哦！！)

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大家知道，所有加工不良问题中,BGA\QFP\QFN类型芯片的焊接问题属于集中问题，,为了能够更进一步的将此类问题不良率降低,现需对此类芯片的焊接可靠性进行分析:

一、质量情况汇总

  阿昆对多款含有该类型芯片的相关产品进行一个大概质量情况汇总：

型号	加工不良总数	加工不良中所占比例	不良情况
PCI卡	139张	EP3C16Q240C8N虚焊占10%、碰撞短路占4%、连锡短路10%、焊反占0.7%IP1001LF短路占1.5%、焊反占1.5%、虚焊占5%PEX8311虚焊占3.5%，焊接不良3.5%、短路占0.7%WM8978虚焊占2%、焊偏和连锡各占0.7%	QFP占25％ ＱＦＮ占11％ ＢＧＡ占8％
交换机A	186台	EP1C12Q240C8N问题占20%、RTL280B虚焊占12%、连锡2% IP1001LF短路占5%、虚焊占2%	QFP虚焊占34% QFN连锡占7%
交换机B	359台	EP1C12Q240C8N RTL8208\RTL8212焊接问题占33％\　 网络变压器占34％	QFP虚焊占33% 网络变压器焊接问题占33％
终端	584台	网络插座、话咪座连锡占12％，CPU内存ＢＧＡ焊接占8％、 TQFP芯片占4% 、 AXP221  8822 QFN芯片占40%	QFN问题占40%

二、相关特性因素分析

      BGA \QFN\QFP类型加工的合格率与可靠性涉及的相关环节较多,有直接也有间接因素,事实上不同类型封装的芯片可能个别控制侧重点有所不同，但整体都是互通，必需从各个环节一一落实解决才能得到最佳质量与可靠保证,相关涉及环节因素现通过特性要因图进行如下汇总：

    考虑到不同封装芯片在焊接可靠性更重要的是封装设计外,其它因素基本是一致的,现分别从以下环节并结合实际生产情况进行一一分析:

1、来料质量（元器件）

      物料质量带来的加工问题在早期中往往未引起足够的重视，但在今年的加工中，物料问题导致的加工质量还是比较明显的。

　　　物料本身问题：有些物料本身因厂家在做工，工艺上不是很好，而导致的一个焊接质量较差，如之前的ＭＮＣ贴片网络变压器引脚工艺镀层都不是很好，更多是二极管＼变压器＼阻容电感这一类生产技术难度底的物料里。还一种则是集成芯片类，这类芯片从原厂出来理论上问题情况少，主要是要能避免运输过程，或者代理商有自己分包而导致的内部芯片因撞击或放置过程没放正而导致引脚变形。另一种情况是代理商有可能对一些散料会重新包装，但散料可能是库存久的料，存在氧化问题，以前有出现过代理散料真空包里有一个芯片底部焊盘氧化问题严重。

     引脚变形与氧化：变形与氧化是物料不良的最直接问题，除了上面提到物料本身来料导致，在检验与仓库操作过程中也有存在影响的因素：

检验或仓库点料过程直接用手取放芯片，手碰到引脚可能会沾有汗水及变形;拆包后未及时真空封存；芯片摆放托盘时位置没放好，导致最好包装压到引脚；还有一种情况是对于编带芯片的检验拆出后一般无法装回编带，是用普通小袋子装在一起然后发出去，如一些ＳＯＰ-8＼ＳＯＴ-223器件，这些过程均可能导致引脚变形,对于密脚的QFP类IC最为明显，这一类IC引脚数量多达100-200个，其中一个引脚稍有变形氧化，就导致焊接不良而出现功能不良．

重点是管控好此类密脚IC，可能的话设计成BGA封装。

      

2、PCB板

1、PCB板材

   早期对于PCB板问题而引起的加工质量或产品质量的关注重点并不多，随着PCB难度的提高，今年因PCB问题而带来的质量问题非常明显，PCB的做工质量主要是由厂家规模决定，规模小的厂家一般在生产检验设备上、材料上、管理流程上对工艺质量会有直接的影响，PCB质量问题一般将直接影响产品可靠性，甚至导致整个产品报废，属于最重要的一环。

   PCB过孔问题是PCB板最关键的地方，对于多层板或者集成度可靠性较高的电路板，一个孔过不良则将导致整个板无法维修而报废，如在低端厂家做了一批四层板，因厂家本身工艺控制较差，导致对于0.2孔径的孔沉铜做的质量较差，导致较多过孔不通现象，使产品质量出现不可靠问题，带来较严重影响。

   作为PCB板，其表面处理的选择与表面处理的控制质量几乎是影响焊接质量的最重要因素。

　　板厂表面处理工艺未控制好，导致的是难上锡甚至拒焊，之前一批沉金显卡板在生产中发现了较多电路板有多个BGA焊盘直接不沾锡的情况，导致PCB板因无法维修而报废。经分板则是在沉金环节出现了异常污染导致。

  还有一次交换机的喷锡板在加工过程中反馈较多的焊盘上锡情况较差，导致整体芯片焊接不良较高，经查明是因天气潮湿，而板厂在存储管理上存在问题，导致电路板焊板受潮氧化。

2、PCB表面处理方式

　　从表面处理上来分析：现主要的三种表面处理是喷锡、沉金、OSP。

喷锡板的优点是保存时间长、焊锡效果较好，但是缺点就是平整度非常差，对于有小间距的芯片来说是不合适的，直接会因芯片贴装的平整度问题而导致焊接质量下降，这对于有细间距芯片或BGA来说是影响非常大的，现在产的板包括行业内精度要求高的板几乎已经未使用该工艺。

　　　沉金板的优点是平整度相对喷锡板更好（不是最平整），上锡效果较好，耐氧化、保存时间长。缺点是成本高，因为沉金中金并不是用来焊接用，而是用来保护镍层，生产工艺控制要求较高，容易出现焊盘发黑的情况，该种类型表面处理主要更适合一些PCB板生产周期长、特殊信号要求高（如天线），尺寸小的纯贴片板，从微观上看沉金并不是最平整的表面处理，足够小时起表面是凸起，所以这种工艺对于非常小的ＢＧＡ焊盘的焊接不是最理想，现在产的板主要是交换机类和卡类使用该工艺。

　　OSP工艺镀的是一层有机保护膜，其优点是非常平整，成本最低，短时间内焊接效果非常好，缺点就是对保存时间及保存环境要相对要求较高，可返工次数少，拆包后要求及时上线，对于测试点在测试时有影响等。

　OSP在早期技术还未非常成熟，各厂家做的质量参差不齐，隐患较大，一直给人一种OSP风险很大的印象，因此OSP一直未敢在产品上使用，

随着工艺技术的成熟，OSP已经是在广泛的使用，并通过以往的考察发现，实际上很多大厂的ＰＣＢ，包括电脑主板＼显卡板，都已经在使用ＯＳＰ工艺。

　　OSP最关键的地方是其成份的配方比例，每个厂使用的药水不一样，效果也会有差别，随着工艺的成熟，总体上来说，现OSP的保存有效时间，对环境要求也相对没有早期这么苛刻，但从质量角度上，成熟可靠的板厂才能降低风险有质量保证，随着现IC器件的引脚间距、尺寸越来越小，对焊盘表面的平整度要求也越来越高，所以后期在将OSP作为提高焊接工艺的一个手段，其中最重要的控制手段是供应商必需选择做OSP表面非常成熟的板厂（规模中型以上，其中OSP出货所占比例非常大）。

3、PCB板的保存问题   

   PCB板的保存主要是体现在质检与仓库过程，所有PCB在焊接效果上一般都有一个最佳时间，超过这个时间可能就会对焊接质量带来隐患，

   对于沉金板在密封包装后，存储时间一般相对可以较长达半年，OSP板则可以达3个月以上，但是当焊盘表面沾了污染物后则非常容易氧化，为此PCB板在以下几个方面容易受影响：1、PCB板在检验过程中手经常不经易去碰触焊盘，特别是在夏天手上有汗时对焊盘的污染最明显。2、拆包后长时间暴露在空间中，或未密封包装存储。

   另外就是加工厂的管控过程，主要是上线后周转时间的控制，特别是OSP板需在最短时间内全部贴完。

4、元器件封装设计

   因元件封装设计问题导致的焊接质量问题主要表现在TQFP、QFN、BGA芯片上（主要是在焊脚及接地焊盘的细节优化上），实际上ＢＧＡ虽然焊脚是无法看到，但是该类型焊接难度往往是最小，较难控制的是ＱＦＮ系列芯片，其中一种ＱＦＮ类型芯片焊盘既难看到，又不像ＢＧＡ有锡球提高可焊性，例如早期RTL8211芯片和最近的LAN8720芯片、网络变压器等均因封装设计问题直接导致焊接合格率及可靠性非常低。

  另外，即使相同类型封装，但不同厂家生产的均可能存在一些差异，这些差异可能会存在一定影响

对于密脚的QFN、TQFP器件若未做好绿油桥，则相对容易出现连锡问题，早期RTL8211因未做绿油桥出现较多连锡问题，之后要求后，连锡问题得到改进。

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5、元件的布局

应力敏感器件远离拼板分板处、螺丝孔、经常插拔的地方，否则容易出现焊点开裂不可靠问题。

PCB背面贴片元件离接插件引脚距离不够远，导致影响开治具，最终影响焊接，需要手补，而手补过程带来一系列影响质量问题。

6、其它工艺设计

其它影响焊接可靠性的问题包括MARK点的正确设计及放置以提高贴片精度；对于存在较多精密度极高器件的板需考虑丝印厚度带来的锡膏影响；对于阻容器件两端焊盘走线宽度不能太粗两端粗细均匀、接地引脚不能直接与大面积地连接，需引出线一段距离后连接防止吸热引起虚焊或吸热不均引起立件等。

3、加工厂

1、规模设备上，通过早期的生产结果，及加工厂的后续的改善，设备问题暂时不是影响加工的因素。

2、车间仓库：整体环境也一直在整顿，情况以及现场相对还好。

3、加工厂人员水平：整体配合度较好，对提出的相关要求会及时改进;工程师经验水平较丰富，都是从业多年并有在一些大型加工厂从事工作；厂线人员一般，维修及质量意识水平有待提高。

4、管理规范：对于质量控制上，还是存在较多的流程与规范的漏动需要改进．如针对不良品的处理、标识前期出现了多次低级的错误，有明显的不良问题有流出来，一来是一个流程上面没有做到很好的规范和优化、二是厂线人员本身责任心不足导致。

3、锡膏的选用

3、钢网的设计这一块对于焊接的质量影响有着非常大的关系，不同封封装根据情况不同可能需要根据经验来特别处理，这个更看重加工厂的经验总结，一般较多早期是直接发资料给加工厂委托开钢网，但实际加工没见过实物板，会导致一些问题有疏忽，如漏开孔或开小等问题（早期生产某产品就存在接地焊盘漏开问题）。

　　如对于网络变压器一般会开阶梯钢网解决、对于密脚IC，会内缩钢网，减小锡量解决连锡问题（之前的QFN电源芯片连锡主要是通过此方式解决）。

４包装运输

   包装运输是半成品完成的最后一个环节，其对质量的隐患非常大，早期因为对相关方面加工厂或本身对此方面的重视程度不够，导致发了多次批量事故问题：

1、带有接插件的电路板用防静电袋包后在两两一起叠放时，因静电袋厚度不够，其中一块板的插件引脚在运输过程中非常容易刺破静电袋然后直接刺伤另一块板上的器件、比如早期电解电容破洞、继电器破损等。

2、早期对拼板的分板认识不够，对于带有BGA的拼板的分板要求的重要性并不知道，没有提出过要求，直接人工分板，这个过程导致对BGA的焊点及孔孔产生了极大的隐患，如早期的3117批的USB显卡，从严格程度来说，不仅对BGA焊点有影响，包括QFN等焊点很小的器件，甚至离分板处边沿很近的阻容器件都可能生产焊点质量隐患问题。

3、运输道路的路况也是需要注意的一点，对于电路板尺寸较大、器件多甚至有些器件重的情况尤其重要，当路况非常颠簸时则因为一个瞬间的加速力，非常容易导致器件撞坏、芯片引脚撞变形、阻容件脱落。年初在电路板均采取了定制包装隔板包装的情况下，出现了一次非常严重的芯片引脚变形、撞件的事故，之后确认下了是当时有一条路路况非常的差，实际走过那条路确实非常严重，车速稍快，给电路板带来的颠簸力是非常大的。

4、加工厂在贴完片的周转过程因为相关管理或细节上的不注意，导致容易对电路板上的阻容器件产生撞件，少件问题，如装载半成品时未考虑到板边上的电容容易被装板托架撞到、装箱时用力大和纸箱相撞、功率电感磁芯容易破裂、手摆件时不注意方向、维修过程中不注意检查清洁等。此类问题的特点不是不集中，但是总数量占的比例很大，很容易忽视。

二、后期解决措施几大方向总结

加工厂方面

1、加工厂在设备要求、工程师经验、对应客户群上面是具有加工相关类型产品的能力,但是在对产线人员的培训及质量控制的相关规范流程上仍存在较多的问题需要改进。

2、针对拆包、过期、或散装的BGA、QFN、大规模QFP芯片进行上线前的烘烤准备。

3、回流过炉必需采用轨道夹持过炉方式确保平稳。

钢网印刷方面：

1、结合不同类型的PCB板，针对钢网厚度，不同封装焊盘的开孔方式重视研究（针对QFN、QFP、BGA器件极其重要），每个钢网在制作前和加工厂对相关关键地方提前沟通（并提供样板）。

2、针对大尺寸高密度PCB板容易存的翘曲产生的影响问题在印刷时加强管控及预防。

3、必需采取全自动印刷设备及SPI设备

4、针对钢网印刷清洁频率提出要求\同时对于印刷有问题的PCB在清洁果程中必需注意过孔的锡膏清洁问题。

PCB设计方面：

1、通过平常的沟通统计针对影响制造、加工、装配的设计问题汇总，融入到可生产性设计规范要求中，对PCB的可生产问题进行持续不断的改善。

2、器件封装（特别是QFN、BGA、QFP类型）尽可能参考IPC-7351进行制作，注意相同封装类型但厂商不同芯片在封装中存在的差异，在此基础上根据经验进行细微优化，代替以往的感觉和规格书推荐尺寸。

3、BGA、QFN类型器件尽可能远离板边、经常插拔的位置、螺丝安装处等。

4、阻容器件在设计过程考虑周转、包装、运输中可能带来的撞坏隐患布局。

5、对于间距极小的QFN BGA器件需注意油墨丝印厚度度带来的印刷影响。

6、在大规模BGA、QFP器件周边增加MARK点提高定位准确率。

PCB板方面：

1、PCB供应商的选择，对于含有BGA、QFN等密脚器件的多层板必需选择资质实力较好的供应商，。

2、PCB表面处理方式后期普通的多层板高密度板选择OSP工艺（板厂确保是OSP工艺方面成熟）。

3、确保PCB的平整度，特别是对于尺寸较大的PCB;拆包检验中不允许手触摸焊盘，完成检验后及时真空包装、注意检查有无存在破损包装；合理计划确保贴片最佳时效。

4、QFP、QFN类型器件必需要求做阻焊桥。

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包装运输方面

1、必需始终保持隔板包装要求 （普通插件料少小板至少要求背对背，或用足够厚的防静电袋包装），并确保运输道路颠簸的问题带来的撞击隐患。

2、针对带有BGA、QFN的VCUT拼板设计，必需进行分板机分板后出货，严禁人工分板。

3、针对撞件、少料问题需在加工厂进行深入研究出现的具体环节与操作时方法，并通过制度完善。

4、针对BGA芯片的可靠性，针对不同板尺寸装配特点，可以考虑增加点胶固定要求。

物料方面

1、物料选型上面从封装上尽可能选择焊接可靠率较高的物料，能自动化加工的物料如编带包装、另一方面选择整体工艺控制较好的品牌。

2、来料加强芯片、阻容电感等物料的可焊性时间要求及引脚端子质量控制（其中阻容器件有可能则后朝由加工厂采购的方向进展解决）;减少拆包数，甚至不拆包；拆包芯片检验过程中注意对焊脚的保护，并及时真空包装，主要关注散包芯片。

3、托盘类芯片发料一律按整包发料，不允许拆包。拆包后的器件必需第一时间抽真空包装。

其它

   未来引入专业的DFM分析软件用来代替现在人工审核中存在的效率质量低下的问题也成了必要手段，专业工具的使用是必要也是必需的，以最终提高产品的在市场的竞争力。

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物料自身的问题也需要重视