LGA开路不良深度分析|客诉案例

一、问题描述

客户反馈LGA封装器件存在开路不良，X-ray检测未发现明显异常，怀疑存在锡裂（Crack）导致电气连接失效。

二、初步分析方向

1. 潜在失效模式

   • 微裂纹（Micro-crack）位于焊点内部或界面
   • 焊料与焊盘/封装IMC（金属间化合物）层断裂
   • 机械应力导致的焊点疲劳失效

2. 关键影响因素

   • 热应力：回流焊冷却速率、温度梯度
   • 机械应力：分板、组装压力、运输振动
   • 材料兼容性：焊料合金、PCB与LGA封装CTE匹配性
   • 工艺缺陷：焊膏印刷量不足、空洞（Void）聚集

三、详细分析步骤

1. 失效确认（FA分析建议）

• 切片分析（Cross-section）
  对失效样品进行垂直/水平切片，染色渗透后观察裂纹路径（建议优先选择开路点位）。
  重点关注：裂纹是否沿IMC层扩展、焊料晶界断裂、空洞分布。

• SEM/EDS分析
  扫描电镜观察裂纹微观形貌，能谱分析裂纹处元素成分（排查污染或氧化）。

• 红墨水试验（Red Dye Penetration）
  浸泡后拆解LGA，观察染料渗透路径，确认裂纹连通性。

2. 工艺参数核查

• 回流焊温度曲线

  • 冷却速率＞4℃/秒可能导致热应力骤增（SAC305建议≤3℃/秒）
  • 恒温区时间不足（导致助焊剂未完全挥发，残留物引发脆性断裂）

• 钢网设计验证

  • LGA焊盘开口比例（推荐面积比≥0.66，避免焊膏量不足）
  • 阶梯钢网是否应用（针对局部厚度的补偿设计）

• 焊膏性能

  • 合金类型（高银焊膏抗疲劳性更优，但成本增加）
  • 助焊剂残留物吸潮性（可能降低机械强度）

3. 设计兼容性评估

• CTE匹配性计算
  PCB（FR-4 CTE≈14-18 ppm/℃）与LGA封装（陶瓷/塑封CTE差异）的膨胀系数差异。
  风险点：温度循环中CTE失配导致剪切应力积累。

• 焊盘设计
  LGA焊盘尺寸与器件焊球匹配性（过大焊盘易导致焊料铺展不均）。

4. 应力来源排查

• 组装过程应力

  • 分板方式（V-cut vs. 铣刀，机械分板易导致PCB变形）
  • 螺丝锁附顺序与扭矩（局部挤压导致LGA受力）

• 环境测试建议

  • 执行温度循环测试（-40℃~125℃，500次循环）验证可靠性
  • 机械振动测试（按ISTA 3A标准模拟运输条件）

四、临时对策与长期改善方案

临时对策（快速响应客户）

1. 回流焊优化

   • 降低冷却速率至2-3℃/秒，增加焊点塑性变形能力
   • 延长恒温区时间（120-150秒），确保助焊剂充分挥发

2. 应力缓冲设计

   • 在LGA周围点胶（Underfill）或增加支撑结构

长期改善方案

1. 材料升级

   • 采用SAC307（Ag 3.0%, Cu 0.7%）替代SAC305，提升抗疲劳性
   • 选用低收缩率PCB基材（如IT-180G）

2. 设计优化

   • 增加LGA焊盘阻焊定义（SMD焊盘改为NSMD，提升焊点高度）
   • 优化钢网开口（采用内凹型设计，减少四角应力集中）

3. 检测加强

   • 引入3D X-ray断层扫描（CT检测）排查微裂纹
   • SPI增加焊膏体积CPK监控（目标CPK≥1.33）

五、报告结论

当前开路不良高度疑似由热机械应力导致的微裂纹引起，需通过切片分析确认失效模式。建议优先优化回流焊冷却速率与组装应力管控，同步启动材料兼容性验证。

附：后续行动计划

1. 提供FA分析模板供客户参考
2. 48小时内输出回流焊参数优化方案
3. 安排CTE匹配性仿真分析（需客户提供封装材料数据）