在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，從組件設(shè)計(jì)、晶園制造、封裝測(cè)試、模塊組裝以至于系統(tǒng)組裝，在這漫長的生產(chǎn)過程中，通過層層關(guān)卡才能制造出一個(gè)成品，而每道關(guān)卡皆需要測(cè)試檢驗(yàn)與失效分析才能發(fā)掘產(chǎn)品的問題點(diǎn)，進(jìn)而提高產(chǎn)品出貨良率。

今天我們就來談?wù)凱CBA這個(gè)階段的檢驗(yàn)分析方式吧！

在進(jìn)入 PCBA 分析的主題之前，首先要先了解什么叫做 PCBA，PCBA 的全名是 Printed Circuit Board Assembly，也就是已經(jīng)組裝電子組件的 PCB。為了改善表面貼焊技術(shù) (Surface Mount Technology, SMT) 或通孔焊接技術(shù) (Through-Hole Technology, THT) 的制程以通過可靠度驗(yàn)證，或者保證量產(chǎn)之后 PCBA 的出貨質(zhì)量與客退分析，通常會(huì)經(jīng)由非破壞與破壞性的分析方式，解析電子組件與 PCB 之間的附著情形；前者是使用 3D X-ray，后者則是用切片研磨的手法觀察組件與 PCB 之間的橫截面。

在可靠度驗(yàn)證或客退品的失效分析中，通常會(huì)先建議使用 3D X-ray 做 PCBA 初步的檢視，如同斷層掃描般確認(rèn)失效的類型與位置，再進(jìn)一步的切片研磨到定位后，使用 SEM 拍攝高分辨率的異常結(jié)構(gòu)，達(dá)成無損驗(yàn)證、精準(zhǔn)定位與細(xì)微觀察之整合分析方式。

圖一　使用 3D X-ray 檢查出 solder ball 中的空洞

圖二　3D X-ray 觀察 pin 腳插入通孔之狀態(tài)

圖三　3D X-ray 以 3D profile 的方式展示 PCB 內(nèi)部構(gòu)造

完整的PCBA檢驗(yàn)分析 樣品制備是決定成敗的關(guān)鍵

目前 PCBA 切片研磨的樣品制備是遵循 IPC TM-650 的規(guī)范，而切片的結(jié)果判讀則主要是依照 IPC-A-610，任何外觀上以及切片上會(huì)看到的異常，IPC-610 都有評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，例如空洞 (void) 大小、裂痕 (crack)、通孔 (PTH) 填錫高度和錫球 HIP (head in pillow) 等等。在出貨檢驗(yàn)上，通常一片板子上各種類型的組件都會(huì)切一顆來觀察，并且和紅墨水實(shí)驗(yàn)一起進(jìn)行比對(duì)，因此在樣品制備上需要先擬定觀察的流程、安排橫截面的制備與觀察順序，如此才能完成一片完整的 PCBA 檢驗(yàn)。若是客退品分析，則只會(huì)針對(duì)特定異常的組件做外觀以及切片的觀察，也可能會(huì)利用定位工具先行確認(rèn)缺陷位置，再進(jìn)行后續(xù)的失效分析。

在樣品的制備上，一般來說都是切在焊接處、BGA ball 或是 pin 腳上與 PCB 的接合位置，觀察錫裂、冷焊、橋接、void 大小或共金 (IMC) 厚度。這些缺陷問題與 PCB 制程以及焊接技術(shù)息息相關(guān)，比如說常見的空焊與橋接，通常是在加溫時(shí)板材彎曲造成距離變大而形成空焊，距離變小則形成橋接。HIP 則是回焊的時(shí)候板子彎曲，使得板子與錫球間的距離變大，回溫時(shí)形變下降但錫球溫度已經(jīng)低于熔點(diǎn)而形成了枕頭效應(yīng)。錫裂則有幾個(gè)成因，如外力撞擊所產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致，或是 reflow 的高溫造成熱漲冷縮影響。透過這些失效現(xiàn)象的判斷來輔助產(chǎn)線良率的監(jiān)控，進(jìn)而做對(duì)應(yīng)的制程改善與良率提升。

任何分析檢測(cè)皆需注重分析的質(zhì)量，而在破壞性分析質(zhì)量的背后，關(guān)鍵往往是建立在樣品的制備上。在 PCBA 分析檢測(cè)的領(lǐng)域，主要必備的便是切片的功夫，切片的好壞會(huì)直接影響結(jié)果的判讀，如果試片研磨不在層次的正中央，尺寸量測(cè)就會(huì)失真；拋光的程度不夠，樣品上的刮痕就容易造成誤判；拋光過頭的話，材料的邊界會(huì)圓滑掉，用光學(xué)顯微鏡就拍不出好照片。因此，樣品制備人員是 PCBA 分析中最重要的一環(huán)，這些基本要求皆是建筑在多年的手工經(jīng)驗(yàn)上。

圖四　切片研磨后，觀察 solder joints 的是否有缺陷及量測(cè) IMC 厚度

圖五　分別以 3D OM 的明暗視野 (同軸光與環(huán)型光) 觀察焊盤坑裂 (Pad Cratering)

圖五　孔銅與孔壁接合力不佳造成的 hole wall pull away

來源：閎康技術(shù)檢測(cè)