BGA失效分析

因前期LCD產(chǎn)品在生產(chǎn)過程出現(xiàn)較大比例的BGA IC損壞情況，加之BGA封裝的IC在我司目前分析能力較低，分析能力有限，所以于2005年2月下旬與中國電子信息產(chǎn)業(yè)部第五研究所分析中心聯(lián)系，委托其為我司分析BGA的焊接和失效分析，此委托工作于5月中旬完成，并對我司提供了焊接和BGA芯片內(nèi)部的失效分析，對分析報(bào)告和展示的分析方法和分析情況等內(nèi)容組織了本次總結(jié)學(xué)習(xí)會(huì)。會(huì)議中討論內(nèi)容記錄如下：

1、  焊接分析部分，五所分析中心對BGA的焊接進(jìn)行了系列分析：

a、  首先他們采用了X-ray分析，對BGA芯片的焊接情況進(jìn)行是否有橋連、漏焊及明顯虛焊的情況進(jìn)行確認(rèn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)只存在較多空洞現(xiàn)象，未見明顯的橋連、漏焊或虛焊等焊接缺陷；

b、  然后五所采取具有破壞性的染色滲透試驗(yàn)進(jìn)行分析，在芯片和主板上注入染色材料，再將芯片和主板分離開來，用立體顯微鏡進(jìn)行焊點(diǎn)觀察分析，分析發(fā)現(xiàn)兩塊樣品都有小于50%的染色滲透，但不影響焊接的連接性能；

c、  最后抽取兩塊樣品進(jìn)行金相切片分析（同樣是具有破壞性的分析方法），將芯片和主板用環(huán)氧樹脂塑封后用砂紙研磨拋光，然后清洗后用金相顯微鏡進(jìn)行觀察分析，分析發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)中有少數(shù)焊點(diǎn)存在大小不一的空洞現(xiàn)象，但未見有明顯開裂情況，對焊點(diǎn)的連接性能無影響。

綜上所述，BGA焊接方面不存在重要問題，對BGA的使用性能不存在影響。

2、  芯片內(nèi)部分析部分，對BGA進(jìn)行焊接分析完成后，五所分析中心再對BGA進(jìn)行了內(nèi)部分析：

a、  外部目檢，對我們提供的5塊不良BGA IC進(jìn)行外觀檢查并拍下圖片，未發(fā)現(xiàn)異常；

b、  進(jìn)行端口特性測試，選取3塊不良IC與我們提供的良品IC進(jìn)行對比測試BGA的端口伏安特性，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常；

c、  使用聲學(xué)掃描顯微鏡對比觀察不良品和良品，同樣未發(fā)現(xiàn)異常；

d、  再后進(jìn)行化學(xué)開封和內(nèi)部檢查，觀察檢查發(fā)現(xiàn)BGA芯片內(nèi)部多層金屬化布線之間存在較多層間局部擊穿情況，主要是電源線和地線與之下的其他信號(hào)線之間存在擊穿，造成信號(hào)線電平出現(xiàn)恒高或恒低，導(dǎo)致BGA芯片失效。

芯片內(nèi)部分析的結(jié)果表明，BGA的失效原因是芯片內(nèi)部有層間局部擊穿現(xiàn)象，而且對此種層間局部擊穿現(xiàn)象的原因推斷與層間介質(zhì)缺陷密度和高電壓脈沖有關(guān)，即說明BGA失效的根本原因有可能是BGA元器件品質(zhì)存在問題，或者是BGA受到高電壓脈沖的作用而產(chǎn)生損壞（如生產(chǎn)過程中的靜電泄放）。

針對靜電防護(hù)方面，工廠中從04年年底起組織改善小組開展工作，對LCD產(chǎn)品IC的生產(chǎn)過程進(jìn)行靜電防護(hù)檢查和改善工作，下圖是近9個(gè)月來BGA的失效比例情況： 

從圖中可以看出，BGA失效率在靜電防護(hù)改善工作開展過程中呈總體下降的趨勢，特別是LCD工廠在5月起搬遷至新工廠后，下降趨勢更為時(shí)顯，這是因?yàn)樵谛鹿S中投入大量資源進(jìn)行靜電防護(hù)得到的有效結(jié)果（在新工廠中車間地面采用防靜電地面，所有操作人員穿戴防靜電衣帽鞋及防靜電手環(huán)手套等防靜電裝備進(jìn)行生產(chǎn)操作）。說明靜電防護(hù)改善工作已取得階段成果，必須持之以恒繼續(xù)改善，防止靜電對元器件的損傷和損壞。

此次學(xué)習(xí)會(huì)議過程中，匯集LCD工廠技術(shù)骨干和生產(chǎn)技術(shù)部工程師一起研討學(xué)習(xí)了BGA的分析方法，對五所提供的分析報(bào)告和分析留下的元器件殘骸進(jìn)行了觀察研究，對此類高集成度的IC分析方法和步驟有了一定的了解，同時(shí)再一次明確了靜電防護(hù)改善工作的重要性，為日后預(yù)防工作提供了指引及為分析工作補(bǔ)充了保貴的經(jīng)驗(yàn)。但此次對分析報(bào)告的學(xué)習(xí)，由于技術(shù)有限，分析專業(yè)能力不足的原因，尚有部分內(nèi)容和圖片不能清楚了解其原因和原理，尚待日后有機(jī)會(huì)與其它專業(yè)機(jī)構(gòu)（如五所分析中心）進(jìn)行請教學(xué)習(xí)，更一步提高專業(yè)技能。