车载中控屏核心板开机不良的详细分析

1.案例背景

某车载中控屏，在终端客户运行半年左右发生无显示以及黑屏异常。新阳检测中心（下称“本中心”）通过对中控屏主板的应力分析（对壳体、核心电子元器件及PCB实施压力），初步锁定主板上的BGA封装器件可能存在连接性失效。

2.分析过程

针对该样品出现的问题，本中心采取了X-Ray检测、切片分析以及工艺分析的方式。具体的测试过程如下——
 

2.1 X-Ray 检测
 

结果：eMMC检出异常。

2.1.1 异常点位

点位	异常	正常
a
b

结果：异常焊点与正常焊点的X-Ray图像比对如下,由图可见，存在虚焊的可能性。

说明：取异常品、正常品（功能）对比检测。

2.1.2 3D X-Ray检测

结果：异常焊点a存在虚焊可能性。

2.1.3 功能影响的确认

X-Ray图

功能图

结果：异常焊点a为data功能，若虚焊，会造成直接影响；焊点b无功能作用。

2.2 切片分析
 

结果：BGA枕焊不良。

说明：图5所示间隙2.965μm。

2.2.1 eMMC异常焊点a的断面金相分析

截面积比较：异常点焊球截面积明显小于正常焊球截面积。

断面锡膏上锡宽度比较：异常点上锡宽度约正常焊点宽度67%。

断面锡膏上锡宽度比较：焊盘上锡64.2%（截面），焊锡厚度仅0.034mm。结果：异常焊点a存在印刷锡少可能性。

2.2.2 与正常的BGA焊球相比，eMMC 异常焊点a同排焊点的断面金相

结果：与正常的BGA焊球相比，焊球呈拉伸状态。

说明：BGA焊点呈拉伸状态原因，可能是焊接过程中BGA焊球未充分坍塌，即存在锡液相时间不足的可能性。

2.2.3 eMMC异常焊点a的断面SEM分析

结果：BGA焊球与锡膏处于未熔合状态，并伴有锡填充量不足的现象。异常焊点a的断面SEM分析：IMC层

结果：
①IMC有连续性；
②IMC层致密性不足；
③IMC层厚度不均匀，且整体IMC层厚度偏小。

说明：
IMC层的形成与温度、锡液相时间直接相关。常规焊接情况下，BGA焊接形成的IMC层厚度主要在2.5μm左右，本样品的IMC层厚度平均小于1μm，进一步说明回流时锡液相时间不足。

2.3 工艺分析

2.3.1 SPI锡膏检测
 

结果：
调取对应批次eMMC位置SPI锡膏印刷数据统计分析（体积数据），如图示，eMMC BGA 印锡过程能力CPK 0.75，说明印刷过程非常不稳定。从超范围的区间分布判断，16.5%的焊点存在很大的锡少风险。

说明：
前述分析的锡少可能性，通过该组数据的分析，可以确定确实存在。

2.3.2 钢网开口设计

结果：

eMMC BGA 开口面积宽厚比为0.52，远小于标准0.66及以上，锡在PCB上的沉积量主要由开口宽厚比决定。虽然采用了纳米工艺涂层，但面积比过小，还是会影响锡沉积效果，造成印锡的不稳定。

说明：

钢网材质：纳米钢网

钢网厚度：0.12mm

eMMC BGA开口：φ0.25mm

2.3.3 回流温度的设定分析

结果:

预热时间（150℃-190℃）约60s→时间短

最高温度、220℃以上时间：U1底部大于U1表面，不合理，数据有误（接点与记录不一致）→BGA实际温度未知

最高温度：246.7℃ →无特别异常

220℃以上时间：BGA 47.5s→无特别异常

说明：测温板标本不是实际机型基板，结构及器件布局上可能存在差异，板的散热结构也可能存在差异，不能准确地反映对象机型的温度实况。

3.分析结果

3.1 eMMC(BGA) 虚焊的原因

首先是锡少。具体表现在：沉锡能力CPK 0.75，锡量沉积不足；钢网开口面积比0.52小于<0.66，对沉锡有影响 ；印刷参数：锡膏管理、钢网清洗、关键参数(速度、清洗方式等）。
其次是回流锡液相时间不足。具体表现在：焊接IMC层厚度1.0μm左右；液相时间、温度不足。预热时间、液相时间较短，且温度未达到230℃以上；由于锡液相时间不足，BGA焊球与锡未熔合，有裂隙存在。

3.2 eMMC(BGA) 虚焊发生机理

锡膏印刷工程沉锡能力低，工程不稳定与钢网及印刷参数的管理相关。回流焊接时，印刷锡膏先液化坍塌，BGA焊球后液化坍塌。从金相分析确认，由于温度设定存在缺陷，BGA焊球未完全坍塌时，即发生降温冷却，形成拉升状焊点。印刷锡少，焊点则出现锡膏与锡球未充分接触而形成枕焊，造成BGA焊球与锡膏不能有效的接触、作用。

因此，造成本次问题的原因是这两个方面综合导致的——印刷锡少、回流时锡液相时间不足。

4.改善方案

4.1 钢网
钢网仍采用纳米钢网，厚度变更从0.12mm到0.1mm（面积比由0.52到0.63）。
U8开口保持不变φ0.25mm，其他BGA按照焊盘直径变更为外切正方形开口。

4.2 回流温度
制作实板的测温标本，每个BGA焊球温度需监测；
回流温度的设定建议：

• 150-190℃时间：70s-80s之间；
• 220℃以上时间：60-75s；
• 230℃以上时间：30s以上。

温度曲线类型：RTS。

4.3 管理
建议加强车载产品的初期管理，从参数评估/过程管理评估到固化点检，确保工艺及工程的稳定性。

说明：上述改善方案实施后，跟踪该产品后续批次的生产，失效问题未在发生。

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审核编辑：符乾江