SDNAND多次高温回流焊损坏分析

最近收到客户反馈其他家SDNAND出现以下不良情况，我们对此做个分析，避免新客户踩坑：

1.3pcs芯片 无法读到芯片主控和NAND型号，初步判断芯片已损坏，再确认是否能复原； 

2.1pcs芯片读卡器正常 在PCBA读取不稳定；

 3.1pcs老化过程中有出现掉卡现象；

 4.1PCS PCBA在进行主控固件写入时有出现校验不过现象；

 5.1pcs芯片主控能读到 但NAND未读到.

看到SDNAND经过三次高温回流焊后出现这么多问题，确实令人头疼。这完全是多次热冲击对芯片造成的累积损伤所致。让我来分析一下内部发生了什么以及为什么会这样：

核心原因：多次高温回流焊的热应力累积损伤。

SDNAND本质上是将主控芯片(Controller IC) 和 NAND Flash 存储芯片通过复杂的工艺集成在一个BGA或LGA封装内。这种多芯片封装结构对热应力非常敏感。三次回流焊意味着它经历了三次剧烈的热膨胀-冷却收缩循环，峰值温度通常达到240-260°C甚至更高。

具体问题与内部发生的损伤分析

1. 3pcs芯片无法读到主控和NAND型号 (芯片损坏)

• 内部发生了什么： 这是最严重的损伤。

• 焊点/凸点开裂/失效： 主控芯片、NAND芯片与封装基板之间的微小球栅阵列(Ball Grid Array)或铜柱凸点(Copper Pillar Bump)在反复热循环下疲劳断裂。一旦连接断开，整个芯片功能就丧失了。

• 芯片内部互连失效： 芯片内部的超细金属连线(铝线或铜线)或硅通孔(Through-Silicon Via, TSV - 如果使用堆叠技术)在热应力下断裂。

• 硅片本体损伤： 极端或反复的高温可能直接导致硅芯片出现裂纹或关键电路损坏。

• 键合线断裂： 如果封装内部使用金线/铜线连接芯片焊盘和基板焊盘，这些细线在热应力下容易断裂。

• 封装分层： 封装内部的环氧树脂材料、硅芯片、基板等不同材料的热膨胀系数差异很大。多次热循环会导致各层之间发生分层(Delamination)，破坏电气连接和散热路径。严重分层会使芯片完全失效。

• 为什么这样： 三次回流焊超过了该SDNAND封装所能承受的热疲劳寿命极限。

• 能否复原： 几乎不可能复原。 这是物理结构的永久性损坏，发生在芯片内部，无法通过外部操作修复。这些芯片只能报废。

• 1pcs芯片读卡器正常，在PCBA读取不稳定

• 焊点/凸点微裂纹： 主控或NAND与基板之间的某些焊点/凸点产生了细微裂纹，但尚未完全断开。在常温下或低应力下可能还能接触，但受温度变化、轻微振动(如插拔读卡器)或通电后芯片发热膨胀的影响，微裂纹会扩大或缩小，导致连接时通时断。

• 封装内部轻微分层： 在某个局部区域发生轻微分层，导致某些信号线的阻抗变化或接触不良，在高频信号传输时(PCBA上工作状态)出现问题，而在读卡器这种相对简单的环境中可能暂时不显现。

• 内部发生了什么： 这是间歇性连接失效的典型表现。

• 为什么这样： 损伤程度比完全损坏的芯片轻一些，但热应力已经造成了潜在的薄弱点，在特定工作条件下暴露出来。PCBA上的工作环境(供电、信号完整性、温度)比读卡器更复杂、要求更高，更容易触发不稳定。

• 1pcs老化过程中出现掉卡现象

• 热应力加速焊点/凸点疲劳： 老化测试通常伴随着高温(如85°C)。高温会加速已有微裂纹的扩展，或者使原本在室温下还能工作的不良焊点在高温下完全失效。

• 封装材料高温性能退化： 封装内部的环氧树脂、底部填充胶等在高温下性能会下降，更容易发生蠕变或失去支撑作用，加剧焊点/凸点的应力。

• 芯片内部高温漏电/参数漂移： 反复高温回流焊可能已对芯片的晶体管特性造成轻微损伤(如栅氧损伤)，在老化高温下，这些损伤可能导致芯片工作异常。

• 内部发生了什么： 这与第2点类似，但更侧重于长期可靠性失效或在高温工作状态下的失效。

• 为什么这样： 老化测试模拟了长期使用的高温环境，放大了因回流焊热应力造成的潜在缺陷。原本就“亚健康”的SDNAND在持续高温下彻底“病倒”了。

• 1PCS PCBA在进行主控固件写入时校验不过

• 主控与NAND间通信路径损伤： 连接主控和NAND的内部走线(在基板上或通过TSV)、互连焊点/凸点存在间歇性开路或短路，导致写入NAND的命令或数据出错。

• NAND Flash单元损伤： 高温可能损伤了NAND阵列中的某些存储单元或其控制电路(如电荷泵、灵敏放大器)。写入数据时无法正确改变单元状态，或者写入后立即读回的状态就是错误的。也可能是在写入过程中某个关键控制信号因连接问题而丢失。

• 主控固件加载/运行异常： 主控芯片内部某些电路在热应力后变得不稳定，在运行固件写入程序时出错。

• 内部发生了什么： 这通常指向数据传输路径错误或NAND存储单元写入失败。

• 为什么这样： 固件写入过程对通信链路的稳定性和NAND存储单元的可靠性要求极高。热应力造成的细微损伤在此过程中被精确的校验机制捕捉到。

• 1pcs芯片主控能读到，但NAND未读到

• NAND芯片焊点/凸点失效： 专门连接NAND芯片的电源、地、控制信号(CE#, CLE, ALE, WE#, RE#)或数据线(DQ0-DQ7)的焊点/凸点开路。

• NAND芯片失效： NAND芯片本身在热应力下损坏。

• 主控与NAND间互连线路断裂： 封装基板上连接主控和NAND的走线因热应力断裂。

• TSV失效 (若使用)： 如果主控和NAND是3D堆叠并通过TSV连接，TSV结构可能因热应力损坏。

• 内部发生了什么： 这明确指向主控与NAND Flash芯片之间的专用通信通道故障。

• 为什么这样： 主控的检测电路可能相对简单，只需要部分基本信号和电源正常就能被识别。而主控要成功识别到NAND，则需要两者之间复杂的通信协议握手成功，这需要所有相关的信号线和电源都完全正常。热应力精准地破坏了这条关键路径。

总结：为什么多次回流焊会造成如此多问题？

1. 热疲劳极限超限： 芯片封装和内部互连结构都有其热循环疲劳寿命。三次回流焊意味着在短时间内经历了三次接近或超过材料极限的高温冲击，远超其设计承受能力(通常设计目标是承受1-2次回流焊)。

2. 材料CTE不匹配： 硅芯片、焊料/凸点材料、封装基板(通常是FR4或BT树脂)、环氧模塑料的热膨胀系数差异巨大。每次温度剧烈变化都会产生巨大的剪切应力，作用在脆弱的焊点/凸点、键合线、硅片本身和内部连线上。

3. 累积损伤： 每一次回流焊造成的微小损伤(微裂纹、界面弱化)都是不可逆的，并在下一次热循环中进一步扩大。

4. 高温直接损伤：

• 焊料/凸点重熔与IMC生长： 每次回流焊，焊料都会重新熔化凝固，金属间化合物层增厚变脆。

• 芯片内部损伤： 高温可能引起栅氧层电荷注入、金属电迁移加剧、结漏电增加等。

• 封装材料退化： 环氧树脂等有机材料在高温下会加速老化、分解、失去粘性，导致分层。

5. 冷却速率： 快速的冷却过程会产生很大的热应力梯度。

给你的建议：

1. 根本解决： 必须优化生产流程，避免SDNAND经历三次回流焊。

• 调整SMT工艺顺序： 优先焊接有SDNAND的一面。另一面尽量选择低温焊接器件(如手工焊接、选择性波峰焊、使用低温焊膏锡银铋)。

• 使用耐高温型号： 咨询SDNAND供应商，是否有明确标明能承受多次回流焊(如3次)的高可靠性或汽车级产品。这类产品在材料和工艺上会进行特殊设计。

• 局部屏蔽/散热： 在焊接第二面时，对已焊接好的SDNAND区域进行有效的热屏蔽或加强散热，降低其实际经历的温度峰值和时间(但效果有限且实施复杂)。

2. 当前问题处理：

• 彻底报废完全失效的芯片。

• 对于不稳定、老化掉卡、固件校验失败、NAND未识别的芯片，强烈建议也视为不良品报废。即使某些情况下在特定条件下能工作，其长期可靠性已严重受损，存在极大隐患，在客户端很可能导致返修或声誉损失。

• 严格检查和分析回流焊温度曲线，确保未超过SDNAND规格书允许的最高温度和时间。三次回流焊即使曲线完美，风险依然极高。

总而言之，三次高温回流焊对SDNAND这类多芯片封装是“致命”的。你观察到的各种故障现象，都是其内部复杂的互连结构（焊点/凸点、键合线、走线、TSV）和芯片本体在反复热应力下发生物理损伤（断裂、开裂、分层）或电性能退化（参数漂移、漏电增大）的直接结果。 解决问题的关键点在于生产流程的优化，而非修复已损坏的芯片。

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