處理器CPU功能異常？拆解測一測

引言

某PCBA在使用時出現功能異常，經初步排查，為處理器上一CPU功能異常導致。將CPU進行拆解后，重新焊接，處理器故障消失。現對失效處理器（NG)和正常處理器（OK)、裸芯片進行失效分析，查找失效原因。

檢測分析

1 CT檢測和外觀檢查

首先對NG、OK處理器的CPU焊點進行三維CT掃描檢測，結果顯示失效處理器和正常處理器中，CPU焊點整體呈現均良好，未發現焊點存在明顯虛焊、枕頭效應、明顯裂紋等異常缺陷。

對NG、OK處理器的中CPU焊點進行外觀觀察，NG、OK處理器的CPU的BGA焊點未觀察到明顯開裂等異常現象。

圖1 NG處理器CPU焊點三維圖片

2 切片分析

為進一步確認失效原因，對失效處理器和正常處理器CPU以及裸芯片進行切片分析，觀察焊點情況，發現NG處理器CPU中邊角焊點存在完全開裂的現象，OK處理器CPU中邊角焊點存在部分開裂現象，且焊點開裂均發生在焊料與焊盤界面處；另NG、OK處理器CPU焊點中，無鉛焊球與錫膏可見明顯的分界線，兩者未充分融合；裸芯片切片中，無鉛焊球與芯片焊盤結合良好，未見明顯異常，如圖2-1、2-2、2-3所示。

綜上可知，導致處理器失效的直接原因為，CPU焊點存在斷裂開路現象，導致CPU功能失效。

圖2-1 NG處理器CPU失效焊點典型金相圖片

圖2-2 OK處理器CPU焊點典型金相圖片

圖2-3 裸芯片焊點典型金相圖片

3 SEM/EDS分析

為了進一步確認失效原因，利用SEM+EDS對切片處理器進行進一步的理化分析。分析結果如表1所示。

（1）NG處理器和OK處理器中，CPU所有焊點均表現為無鉛焊球與有鉛錫膏未充分融合，存在明顯的界限，且焊料與焊盤界面的IMC呈連續不均勻，成分為鎳銅錫合金，且Cu含量異常的高，部分焊點存在明顯鎳腐蝕；

（2）NG處理器中其他器件焊點中，焊料與焊盤界面IMC層連續均勻，成分為鎳錫合金，焊點亦存在明顯鎳腐蝕。

表1 各焊點對比結果

圖3-1 NG處理器CPU中A焊點SEM圖片

表2 NG處理器CPU中A焊點EDS結果（Wt%）

圖3-2 NG處理器CPU面其他器件焊點SEM圖片

表3 NG處理器CPU面其他器件EDS結果（wt%）

圖3-3 OK處理器CPU中A焊點SEM圖片

表4 OK處理器CPU中A焊點EDS結果（Wt%）

4 焊球分析

為確認裸器件中無鉛焊球中Cu的含量是否正常，利用ICP方法，取裸芯片上的焊球，對其進行成分測試，發現裸芯片無鉛焊球的Cu元素含量為0.651%（wt%），Ag元素含量為3.782%（wt%），根據焊球成分規格：Ag元素含量為3.76%，Cu元素含量為0.7%，該裸芯片上無鉛焊球中Cu含量在正常波動范圍內。

5 回流工藝曲線分析

通過切片分析結果可知，失效焊點中，無鉛焊球與有鉛錫膏未充分融合，說明在回流過程中，無鉛焊球的熔融時間不足，導致無鉛焊球與有鉛錫膏未充分融合在一起。由于該CPU屬于有鉛和無鉛混裝工藝，按照混裝工藝的要求，需要保證無鉛焊球（中間焊球）的液相線以上時間在20~25s，以保證無鉛焊球與有鉛錫膏充分融合，顯然失效焊點的工藝溫度明顯未達到要求。

結論

導致CPU功能異常直接原因為：CPU焊點開裂。導致焊點開裂的直接原因為：失效焊點中，焊料與焊盤界面形成鎳銅錫三元合金，其本身與鎳層結合力差，加之鎳層存在鎳腐蝕現象，嚴重弱化界面的機械強度，致使芯片在邊角的應力集中位置發生開裂失效。產生上述失效的根本原因主要與兩方面相關：（a）焊接工藝不當；（b）ENIG焊盤中鎳層存在明顯鎳腐蝕現象。

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