PCBA大讲堂：BGA锡球裂开的机构设计改善对策

一般公司的新产品开发偶而会遇到裸机高度落下【冲击测试（drop test）】后发生BGA锡球裂开的问题，如果RD有比较好的sense，就应该把产品拿来做一下应力分析，而不是把所有的BGA掉落问题都赖给PCBA制造工厂的SMT制程。

以深圳宏力捷的经验来看，BGA锡球裂开的问题其实很难仅靠工厂的制程管理与加强焊锡来得到全面改善，如果设计的时候RD可以多出点力气，制造上会省下很多成本，以下面这个案子为例，可以省下Underfill的材料费及工时费用，还包含了间接管理与修复的费用，更可以降低日后可能的市场商誉品质损失。

其实BGA开裂的最大问题十有八九都来自于应力，不管是SMT回流焊高温时板子弯曲变形所形成的应力，还是产品因为机构组装所形成的应力，或是因为客户使用时撞击，或不慎掉落地面所造成的外力，这些其实都是应力的来源，如果设计之初就可以模拟各种状况做应力分析，并针对可能产生应力的部份做一些设计调整以降低应力的影响，相信可以让BGA产品的生产品质更加的稳定，甚至还可以移除一些不必要的underfill制程，达到节省成本的利益。

不知是否因为深圳宏力捷对新产品有过多次的类似要求，还是大家终于认识到设计影响制造的严重性，公司这次新产品的设计团队总算有个比较好的回应，也花了心思做了BGA锡球开裂的要因分析，更发现应力的来源，并且做了设计变更来改善这个BGA锡球开裂的问题，当然有先用mockup的材料来做验证，结果也让人满意，事后实际修模生产做最终验证也都没有再发现BGA开裂的问题，真心希望这以后是RD验证的标淮程序。

以下就是这款产品的大概设计外型与BGA所在位置，为了方便客户使用时不至于发生反光，所以产品设计了一个类似收银机的倾斜萤幕，就是这个倾斜角让BGA在产品做正反面落下测试时出现了巨大的形变，以致造成BGA锡球裂开，因为产品侧边(side)及角落(corner)摔落时都没有问题，以前的例子几乎都是在角落摔出问题的。

既然知道可能的问题出在电路板变形量过大，于是在电路板上黏贴应力计(Stress Gauge)然后先量测未改善前的应力数据。改善方法是在BGA的附近新增机沟肋柱(rib)来顶住电路板以降低电路板在落下时的变形量，参考上图的[New add rib]。

因为这个产品的大部分设计都已经完成，所以改善的方法就是尽量找到一个空间可以用来增加支撑柱，让电路板在落下变形时有物体可以支撑住，以降低其变形量，改善对策后再用应力计实际量测一次应力。

既然知道可能的问题出在电路板变形量过大，于是在电路板上黏贴应力计(Stress Gauge)然后先量测未改善前的应力数据。改善方法是在BGA的附近新增机沟肋柱(rib)来顶住电路板以降低电路板在落下时的变形量。

下表列出改善前与改善后(增加rib)的应力实际量测值。就如同预期的，在正面（倾斜面）落下时的应力改善达到106，因为产品正面外型有个弯曲倾斜角，比较容易因为外力而弯曲；而背面（平面）落下的应力改善则比较小，只有42。足见增加一根肋条(rib)就可以达到一定程度的电路板变形量改善。这个应力值量测的是电路板的Z方向，但是只有X轴的Z值，如果可以加侧Y轴的Z值会更有参考价值。

这项设计变更执行后，经过DQ重新验证落下测试的效果，证实BGA没有再出现开裂的问题。