BGA失效分析

因前期LCD产品在生产过程出现较大比例的BGA IC损坏情况，加之BGA封装的IC在我司目前分析能力较低，分析能力有限，所以于2005年2月下旬与中国电子信息产业部第五研究所分析中心联系，委托其为我司分析BGA的焊接和失效分析，此委托工作于5月中旬完成，并对我司提供了焊接和BGA芯片内部的失效分析，对分析报告和展示的分析方法和分析情况等内容组织了本次总结学习会。会议中讨论内容记录如下：

1、  焊接分析部分，五所分析中心对BGA的焊接进行了系列分析：

a、  首先他们采用了X-ray分析，对BGA芯片的焊接情况进行是否有桥连、漏焊及明显虚焊的情况进行确认，结果发现焊点只存在较多空洞现象，未见明显的桥连、漏焊或虚焊等焊接缺陷；

b、  然后五所采取具有破坏性的染色渗透试验进行分析，在芯片和主板上注入染色材料，再将芯片和主板分离开来，用立体显微镜进行焊点观察分析，分析发现两块样品都有小于50%的染色渗透，但不影响焊接的连接性能；

c、  最后抽取两块样品进行金相切片分析（同样是具有破坏性的分析方法），将芯片和主板用环氧树脂塑封后用砂纸研磨抛光，然后清洗后用金相显微镜进行观察分析，分析发现焊点中有少数焊点存在大小不一的空洞现象，但未见有明显开裂情况，对焊点的连接性能无影响。

综上所述，BGA焊接方面不存在重要问题，对BGA的使用性能不存在影响。

2、  芯片内部分析部分，对BGA进行焊接分析完成后，五所分析中心再对BGA进行了内部分析：

a、  外部目检，对我们提供的5块不良BGA IC进行外观检查并拍下图片，未发现异常；

b、  进行端口特性测试，选取3块不良IC与我们提供的良品IC进行对比测试BGA的端口伏安特性，结果未发现异常；

c、  使用声学扫描显微镜对比观察不良品和良品，同样未发现异常；

d、  再后进行化学开封和内部检查，观察检查发现BGA芯片内部多层金属化布线之间存在较多层间局部击穿情况，主要是电源线和地线与之下的其他信号线之间存在击穿，造成信号线电平出现恒高或恒低，导致BGA芯片失效。

芯片内部分析的结果表明，BGA的失效原因是芯片内部有层间局部击穿现象，而且对此种层间局部击穿现象的原因推断与层间介质缺陷密度和高电压脉冲有关，即说明BGA失效的根本原因有可能是BGA元器件品质存在问题，或者是BGA受到高电压脉冲的作用而产生损坏（如生产过程中的静电泄放）。

针对静电防护方面，工厂中从04年年底起组织改善小组开展工作，对LCD产品IC的生产过程进行静电防护检查和改善工作，下图是近9个月来BGA的失效比例情况： 

从图中可以看出，BGA失效率在静电防护改善工作开展过程中呈总体下降的趋势，特别是LCD工厂在5月起搬迁至新工厂后，下降趋势更为时显，这是因为在新工厂中投入大量资源进行静电防护得到的有效结果（在新工厂中车间地面采用防静电地面，所有操作人员穿戴防静电衣帽鞋及防静电手环手套等防静电装备进行生产操作）。说明静电防护改善工作已取得阶段成果，必须持之以恒继续改善，防止静电对元器件的损伤和损坏。

此次学习会议过程中，汇集LCD工厂技术骨干和生产技术部工程师一起研讨学习了BGA的分析方法，对五所提供的分析报告和分析留下的元器件残骸进行了观察研究，对此类高集成度的IC分析方法和步骤有了一定的了解，同时再一次明确了静电防护改善工作的重要性，为日后预防工作提供了指引及为分析工作补充了保贵的经验。但此次对分析报告的学习，由于技术有限，分析专业能力不足的原因，尚有部分内容和图片不能清楚了解其原因和原理，尚待日后有机会与其它专业机构（如五所分析中心）进行请教学习，更一步提高专业技能。