降低售后手機BGA焊接失效

的比率

深圳康佳通信科技有限公司BGA焊接QC小組一、概況

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們消費觀念的轉(zhuǎn)變，人們對電器產(chǎn)品的要求不再只是滿足某一項特定的需求，更多地對外觀、尺寸大小、多功能集成等提出了更高的要求，為了滿足這一要求，BGA封裝的IC在電器產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，而且其集成度越來越高，體積越做越小，對貼片精度和焊接的可靠性也提出更高的要求；通信產(chǎn)品的BGA一般都是0.5、0.65mm的間距小BGA,售后產(chǎn)品的BGA焊接失效問題一直是困擾各大廠商的重大難題，其可維修性相對較差，維修需要特定的工具，維修周期長，直接關(guān)系到公司的品牌聲譽和經(jīng)濟效益；降低BGA焊接失效的比率也是我司的迫切需求。二、小組簡介1、小組情況：小組名稱BGA焊接QC小組成立時間2005年2月課題名稱降低售后手機BGA焊接失效的比率小組類型攻關(guān)型活動時間2005.2~2006.1小組學(xué)習(xí)情況接受TQC、TL9000和6sigma培訓(xùn)平均約為120課時；小組活動情況共活動17次使用工具頭腦風(fēng)暴法、系統(tǒng)圖、點檢表、DOE等2、小組成員簡介序號姓名性別文化職務(wù)組內(nèi)職務(wù)1楊春華男本科高級工藝工程師組長2賀大成男本科質(zhì)管TQM工程師副組長3梁勇男本科SMT主管組員4謝水興男本科SMT助理廠長組員5運治任男本科開發(fā)硬件工程師組員6易耀師男本科開發(fā)硬件工程師組員7孫小蘭女大專制造二廠質(zhì)量主管組員8袁永華男大專制造二廠技術(shù)主管組員9羅芳男大專品質(zhì)部工程師組員QC活動流程圖6、制定對策7、對策實施5、要因確認(rèn)10、鞏固措施8、效果檢驗11、今后課題NOYes4、原因分析3、目標(biāo)設(shè)定與可行性分析2、現(xiàn)狀分析1、選題9、經(jīng)濟效益三、選題理由制程能力提升手機正在朝小、薄和多功能的方向發(fā)展，PCB板的貼片密度會越來越高，BGA的封裝尺寸將進一步縮小，制造難度也越來越高，相應(yīng)的對制程能力的要求也越來越高；對早期返修機和保內(nèi)維修機的分析中發(fā)現(xiàn)，屬于BGA焊接問題引起的故障機約占總體故障機的10%—20%；而且這類故障機難以檢測和維修，維修時BGA的報廢率相當(dāng)高，而BGA是手機最貴重的IC之一；成本控制國產(chǎn)手機經(jīng)歷了一個嚴(yán)冬，消費者對國產(chǎn)手機的質(zhì)量狀況普遍信心不足，在99-02年期間被國產(chǎn)手機占領(lǐng)的市場份額正一步步被產(chǎn)品質(zhì)量問題所葬送，因BGA焊點失效引起的維修周期長、多次維修嚴(yán)重打擊了消費者對國產(chǎn)手機的信心；市場壓力降低售后手機BGA焊接失效的比率四、現(xiàn)狀調(diào)查1、對2004年9月份至2005年1月份的售后BGA焊接失效情況統(tǒng)計如下表：月份失效率備注04年09月1.25%1、由于行業(yè)的特殊性，不宜公布各月份的零售數(shù)和售后焊接失效數(shù)等敏感數(shù)據(jù)；2、BGA焊接失效的定義：經(jīng)過二廠排查完其他原因，確認(rèn)為BGA問題，但是拆B(yǎng)GA后，測試BGA正常，則定義為BGA焊接失效;3、統(tǒng)計方法：04年10月0.80%04年11月1.11%04年12月0.66%05年01月1.05%平均0.86%2、BGA焊接失效比率變化趨勢圖：五、目標(biāo)設(shè)定和可行性分析1、經(jīng)過全員討論，我們設(shè)定了活動目標(biāo)：早期返修BGA焊接失效比率下降到0.2%；2、可行性分析：目標(biāo)是可以實現(xiàn)的公司各級領(lǐng)導(dǎo)重視和支持，小組成員具有強烈的創(chuàng)新意識和開拓精神；擁有一流的SMT貼片設(shè)備和檢測設(shè)備；有多年的手機研發(fā)、生產(chǎn)、維修經(jīng)驗。具有一支技術(shù)精湛，能打硬仗的技術(shù)隊伍；工人都經(jīng)過了嚴(yán)格的培訓(xùn)，具有高品質(zhì)的調(diào)整作業(yè)能力；對部分國內(nèi)一流手機廠商進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有廠商能夠在1-2款機型上達(dá)到早期返修BGA焊接失效比率≤0.2%的目標(biāo)；六、活活動動計計劃劃1、由由于這這個項項目是是業(yè)內(nèi)內(nèi)的一一大難難題，，而且且由于于BGA焊焊接失失效的的比率率為1%左左右，，需要要驗證證BGA焊焊接可可靠性性的試試驗基基本上上都是是破壞壞性的的試驗驗，而而且不不能完完全模模擬到到用戶戶的實實際使使用狀狀況，，因此此我們們選擇擇了售售后質(zhì)質(zhì)量跟跟蹤的的形式式來對對改善善效果果進行行驗證證，相相應(yīng)的的活動動周期期設(shè)定定的較較長，，為1年時時間；；2、、詳詳細(xì)細(xì)活活動動計計劃劃日期項目05.205.305.405.505.6-05.805.905.10-05.1206.1責(zé)任人主題選定全員了解現(xiàn)狀全員確定目標(biāo)全員制定活動計劃賀大成初步原因分析全員研究對策實施全員階段效果跟進孫小蘭檢討并進一步提出對策并實施全員效果跟進孫小蘭反省和以后的發(fā)展全員計劃實際七、、原原因因分分析析人機料法售后BGA焊接失效比率較高測溫儀回流爐印刷錫膏厚度不均結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理溫區(qū)不夠精度不夠錫膏印刷機貼片機貼片精度不夠BGA焊盤小PCB剛度不夠Ni-Au板焊點容易失效焊盤強度不夠錫膏成分不是最佳操作不當(dāng)培訓(xùn)不足環(huán)MSD處理不當(dāng)SMT車間溫濕度控制不到位八、、要要因因確確定定序號原因項目實際情況確認(rèn)調(diào)查人結(jié)果01PCB板的剛度不夠1、手機裝配后只有邊緣上有支撐點，而CPU的位置基本上都是在中部，剛度最小，在用戶按鍵時PCBA板受力后變形最大，BGA焊點容易疲勞損壞；通過對50PCS故障板進行阻值測試，對6PCS故障板進行紅墨水及切片試驗發(fā)現(xiàn)失效焊點都集中在形變最大的兩個邊及兩對角上。2、PCB板厚為0.8mm左右，PCB板較軟；賀大成是主因02BGA焊盤偏小經(jīng)測量BGA的Pad為0.25mm，經(jīng)評估加大到0.316mm應(yīng)該不會引起短路、連錫等質(zhì)量問題，IC廠商基本認(rèn)同這一觀點，后續(xù)會考慮導(dǎo)入。楊春華以后可以考慮03錫膏成分不是最佳經(jīng)過對幾個知名品牌（Longtai,KOKI,ALPHA等）的錫膏做試驗驗證發(fā)現(xiàn)：焊接質(zhì)量和這幾種錫膏的相關(guān)性很??；所有小組成員非主因04PCB一側(cè)的焊點強度不高在做6PCS的紅墨水試驗中發(fā)現(xiàn)：拔起B(yǎng)GA可以看到共有23個在PCB一側(cè)的焊點斷裂.（用的是M929進行試驗，單個BGA焊點數(shù)為260個）；楊春華賀大成是主因05Ni-Au板焊點容易失效對早期返修的Ni-Au板拆卸BGA發(fā)現(xiàn)存在“blackpad”現(xiàn)象,導(dǎo)致BGA焊點過早失效；信息產(chǎn)業(yè)部第5研究所的切片實驗發(fā)現(xiàn)BGA焊點的合金層同鎳層之間有裂縫，判斷為PCB制作采用化鎳沉金ENIG制作工藝造成的BGA小焊盤出現(xiàn)“blackpad”隱患。楊春華是主因序號原因項目實際情況確認(rèn)調(diào)查人結(jié)果06貼片機貼片精度不夠我司使用的是松下的貼片機，經(jīng)過廠家核準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)完全符合要求；謝水興非主因07錫膏印刷厚度不均，部分焊盤的焊錫充滿度不夠經(jīng)對印刷錫膏厚度的測試，其CPK為0.8左右，偏低；錫膏厚度不均會造成焊點成型大小不一致，受力不均，部分偏小焊點提前失效，影響焊接質(zhì)量；賀大成羅芳是主因08回流爐的溫區(qū)不夠回流爐使用的是業(yè)界普遍使用的7溫區(qū)回流爐。謝水興非主因09測溫儀的測溫精度不夠經(jīng)過校準(zhǔn)，測溫儀的測試精度能夠達(dá)到+/-0.3度，滿足要求；梁勇非主因10人員培訓(xùn)不足對操作員工進行了書面和操作的考試，能夠達(dá)到要求；謝水興非主因11結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理按鍵的力度全部直接作用于PCB板上，沒有避免PCB板的中部受力；運治任是主因12MSD處理不當(dāng)濕敏感元件都已嚴(yán)格按照《濕敏感元件處理指引》執(zhí)行。楊春華非主因13SMT車間溫濕度控制不到位在SMT車間放置了5臺抽濕機和單獨的中央空調(diào)，通過溫濕度儀長期監(jiān)測，溫度一直控制在24±2℃，濕度一直控制在40%-60%，完全符合要求；謝水興非主因九、、對對策策研研究究與與實實施施1、、經(jīng)經(jīng)過過認(rèn)認(rèn)真真分分析析、、總總結(jié)結(jié)，，小小組組一一起起制制定定了了如如下下對對策策表表：：序號要因責(zé)任人對策措施開始導(dǎo)入時間措施導(dǎo)入完成時間01PCB板的剛度不夠易耀師運治任1、增加PCBA板裝配后的支撐;2、把PCB的厚度從0.8mm加厚到1mm;05年4月05年5月02Ni-Au板焊點容易失效楊春華梁勇導(dǎo)入OSP板替代Ni-Au板05年4月05年5月03PCB一側(cè)的焊點強度不高楊春華梁勇采用NSMD工藝替代SMD工藝，對BGA封裝的IC進行底部填充處理；05年4月05年5月04錫膏印刷厚度不均，部分焊盤的焊錫充滿度不夠賀大成梁勇謝水興調(diào)整印刷錫膏機的刮刀壓力、刮刀速度、脫模速度和拼板支撐；把錫膏應(yīng)刷作為關(guān)鍵工位，并做SPC控制；05年4月05年5月05結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理易耀師運治任在結(jié)構(gòu)上避免按鍵力度直接作用于PCBA板上；05年4月05年5月2、、各各要要因因的的對對策策實實施施情情況況：：a、、PCB板板的的剛剛度度不不夠夠?qū)Σ卟邔崒嵤┦僭谠谑质謾C機后后殼殼上上設(shè)設(shè)計計塑塑膠膠凸凸棱棱，，在在BGA的的四四周周形形成成支支撐撐邊邊，，如如下下圖圖所所示示：：后殼殼對對PCBA形形成成牢牢固固的的支支撐撐，，增增強強PCBA的的剛剛度度；；②把把PCB板板的的厚厚度度從從0.8mm加加厚厚到到1mm;實施施效效果果①原原來來BGA的的四四邊邊分分別別到到最最近近支支撐撐點點的的平平均均距距離離為為：：45mm；；改改善善后后，，BGA四四邊邊離離最最近近支撐撐邊邊的的平平均均距距離離分分別別為為：：11mm；；大大大大改改善善了了BGA焊焊盤盤處處的的PCB剛剛度度；；②PCB板板厚厚度度加加厚厚到到1mm改改善善了了PCB板板本本身身的的剛剛度度；；53mm8mmb、、Ni-Au板板焊焊點點容容易易失失效效對策策實實施施用OSP板板替替代代Ni-Au板板；；實施施效效果果通過過對對OSP板板的的周周轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)板板維維修修發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn):OSP板板沒沒有有Ni-Au板板存存在在的的‘‘blackpad’’缺缺陷陷；；但但是是OSP板板對對生生產(chǎn)產(chǎn)安安排排提提出出了了更更高高的的要要求求：：從從拆拆包包裝裝到到SMT貼貼片片焊焊接接完完成成的的間間隔隔要要小小于于8個個小小時時，，經(jīng)經(jīng)過過工工藝藝調(diào)調(diào)整整能能夠夠達(dá)達(dá)到到要要求求。。c、、PCB一一側(cè)側(cè)的的焊焊點點強強度度不不高高對策策實實施施1：：把SMD工工藝藝的的焊焊盤盤改改為為NSMD工工藝藝的的焊焊盤盤，，如如下下圖圖所所示示：：改為為實施施效效果果1：：根據(jù)據(jù)IPC-7095,采采用用NSMD工工藝藝使使焊焊錫錫圍圍繞繞在在焊焊盤盤邊邊緣緣可可以以明明顯顯改改善善焊焊點點的的可靠靠性性。。（（沒有有另另外外安安排排試試驗驗進進行行驗驗證證）對策策實實施施2對BGA導(dǎo)導(dǎo)入入Underfill（（底底部部填填膠膠））工工藝藝；；實施施效效果果2避免免了了PCBA板板受受力力變變形形時時BGA的的局局部部形形變變過過大大，，也也對對焊焊點點進進行行了了有有效效的的保保護護；；下下面面是是對對策策實實施施前前后后的的試試驗驗結(jié)結(jié)果果：：實驗類型試驗方法試驗日期實驗機狀態(tài)和數(shù)量實驗結(jié)果按鍵試驗按鍵的力度為600gw,按鍵的次數(shù)為100000次，頻率為60次/min；2005-5-12BGA未填膠10臺4萬次時已經(jīng)有4臺出現(xiàn)重啟、死機等故障；其余6臺試驗正常；2005-5-13BGA填膠10臺按鍵試驗合格d、、印印刷刷錫錫高高的的厚厚薄薄不不均均，，部部分分焊焊盤盤的的焊焊錫錫充充滿滿度度不不夠夠；；對策策實實施施通過過DOE試試驗驗發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)刮刮刀刀速速度度和和對對PCB板板的的支支撐撐是是關(guān)關(guān)鍵鍵原原因因，，經(jīng)經(jīng)過過反反復(fù)復(fù)試試驗驗刮刮刀刀速速度度為為：：20mm/s左左右右為為最最佳佳（（不不同同的的板板子子需需要要微微調(diào)調(diào)））；；對對于于支支撐撐問問題題：：采采用用夾夾具具進進行行支支撐撐，，把把點點支支撐撐變變?yōu)闉槊婷嬷е螕?，，限限制制PCB板板在在印印刷刷錫錫膏膏時時的的形形變變；；每每兩兩小小時時抽抽2塊塊拼拼板板進進行行測測試試，，記記錄錄其其測測試試值值并并計計算算Cpk。。Cpk<1.3的的工工程程師師必必須須檢檢查查原原因因并并進進行行調(diào)調(diào)整整參參數(shù)數(shù)；；實施施效效果果錫膏膏厚厚度度Cpk值值基基本本上上都都能能夠夠達(dá)達(dá)到到1.33以以上上，，滿滿足足小小組組設(shè)設(shè)定定的的要要求求，，下下面面是是4-5月月份份的的印印刷刷錫錫膏膏厚厚度度CPK走走勢勢圖圖：：e、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計不不合合理理對策策實實施施為了了避避免免按按鍵鍵力力直直接接作作用用到到PCBA板板上上，，在在設(shè)設(shè)計計上上進進行行了了大大膽膽的的創(chuàng)創(chuàng)新新，，把把原原本本設(shè)設(shè)計計在在PCB板板上上的的按按鍵鍵焊焊盤盤移移到到了了增增加加的的柔柔性性電電路路板板上上，，柔柔性性電電路路板板和和PCBA間間加加上上了了支支撐撐鋼鋼片片，，把把按按鍵鍵力力度度分分布布到到PCBA板板的的邊邊緣緣；；如如下下圖圖：：實施效果果在模擬按按鍵試驗驗中可以以很明顯顯的看到到PCBA板的的按鍵形形變大大大降低；；（但是由于于增加支支撐鋼片片會增加加產(chǎn)品的的厚度，，這一措措施只能能在厚度度允許的的機型上上增加，，目前已已經(jīng)在幾幾款產(chǎn)品品上成功功采用了了這一措措施。）PCB板板按鍵彈片片支撐鋼片片按鍵彈片片+柔性性按鍵板板改善前改善后十、階段段效效果確確認(rèn)認(rèn)1、跟蹤蹤對策導(dǎo)導(dǎo)入后的的產(chǎn)品（（只對部部分產(chǎn)品品進行了了全面導(dǎo)導(dǎo)入）的的市場反反饋，考考慮到通通信產(chǎn)品品的售后后反饋相相對較長長，我們們決定跟跟蹤3個個月來看看其效果果；下面面是跟進進05年年6月至至8月的的數(shù)據(jù)：：月份改善品零售數(shù)據(jù)當(dāng)月改善品早期退換期內(nèi)的BGA焊接失效數(shù)焊接失效比率05年6月份1654035290.32%05年7月份1943925440.28%05年8月份2185975030.23%合計57839215760.27%2、從上上面的數(shù)數(shù)據(jù)可以以看出，，售后反反饋BGA失效效的比率率已經(jīng)有有大幅度度的下降降，但是是尚未達(dá)達(dá)到我們們最初設(shè)設(shè)定的目目標(biāo)———0.2%；十一、檢檢討與進進一步對對策1、對市市場上返返回BGA焊接接失效的的不良品品分析發(fā)發(fā)現(xiàn)大部部分是因因為BGA的部部分焊點點有氣泡泡，降低低了BGA的焊焊接強度度；經(jīng)小小組討論論和實際際驗證找找到主因因如下：：預(yù)熱溫度度及預(yù)熱熱時間設(shè)設(shè)置不當(dāng)當(dāng)，包裹在在錫點中中的空氣氣和助焊焊劑不能能夠完全全揮發(fā)；；BGA焊焊盤有盲盲孔設(shè)計計，在回回流焊接接時也容容易形成成氣泡；；焊點氣泡2、對策策和措施施實施序號主因責(zé)任人對策措施導(dǎo)入時間措施完成時間1預(yù)熱溫度及預(yù)熱時間設(shè)置不當(dāng)，包裹在錫點中的空氣和助焊劑不能夠完全揮發(fā)；楊春華謝水興做試驗確定最佳爐溫曲線（適當(dāng)延長預(yù)熱時間），通過x-ray機檢查氣泡情況；05.09.0205.09.102BGA焊盤有盲孔設(shè)計，在回流焊接時也容易形成氣泡；運治任易耀師在PCB板設(shè)計上避免在焊盤上設(shè)計盲孔05.09.1005.09.28改善前Profile設(shè)置改善后Profile設(shè)置3、實施施效果有效地控控制了氣氣泡的大大小和數(shù)數(shù)量；改善前改善后十二、效效果確確認(rèn)認(rèn)跟蹤對策策導(dǎo)入后后的產(chǎn)品品（全部部產(chǎn)品導(dǎo)導(dǎo)入完成成）的市市場反饋饋，下面面是跟進進05年年10月月至12月的早早期返修修期內(nèi)的的BGA焊接失失效的數(shù)數(shù)據(jù)：月份焊接失效比率備注05年10月份0.15%1、由于行業(yè)的特殊性，不宜公布各月份的零售數(shù)和售后焊接失效數(shù)等敏感數(shù)據(jù)；2、BGA焊接失效的定義：經(jīng)過二廠排查完其他原因，確認(rèn)為BGA問題，但是拆B(yǎng)GA后，測試BGA正常，則定義為BGA焊接失效;3、統(tǒng)計方法：05年11月份0.20%05年12月份0.18%平均0.17%活動前后后BGA早期失失效比率率對比圖圖：目標(biāo)達(dá)成成十三、效效益益1、有形形效益1.1、、一臺早早期返修修機，包包括運費費、維修修費用、、物料損損耗等，，平均一一臺BGA失效效的費用在在100元左右右，以每每月銷售售50萬萬臺計算算，為公公司節(jié)省省的費用用為：500000*100*（0.86%-0.17%）=69000元元；1.2、、為包內(nèi)內(nèi)維修也也節(jié)省了了很大一一部分的的費用，，據(jù)估算算一個月月節(jié)約的的費用在在50000元以以上；2、無形形效益2.1、、降低了了售后BGA失失效的比比率，提提升了產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)，提高高了用戶戶的滿意意度，贏得了良良好的聲聲譽，進進而為增增加銷量量鋪平了了道路。。2.2、、全體組組員增強強了團隊隊意識、、質(zhì)量意意識；提提高了分分析問題題、解決決問題的的能力，吸引引了更多多的人員員參與到到QC活活動中來來；2.3、、小組成成員通過過使用雷雷達(dá)圖進進行了效效果自我我評價如如下：備注：總總分為1