焊接不良失效分析

1. 案例背景

X公司出現(xiàn)了一批某型號(hào)的手機(jī)，品質(zhì)部門(mén)反饋手機(jī)軟板上SMT元件焊接后易脫落，不良率約為3.3%，PCB焊盤(pán)上的斷裂面在電子顯微鏡下觀察，表現(xiàn)為平整的斷裂面。

2.分析方法簡(jiǎn)述

A．樣品外觀照片：

B．確定了試驗(yàn)方案后我們針對(duì)失效樣品做了如下的分析：

備注：AuSn4是一種很脆的金屬間化合物，是引起“金脆”現(xiàn)象的主要原因﹐對(duì)焊點(diǎn)強(qiáng)度影響較大。

C．找到導(dǎo)致焊點(diǎn)易脫落的失效機(jī)理后，與該公司工藝人員溝通后，得知其焊接時(shí)的TOL長(zhǎng)達(dá)70s，但由于該款產(chǎn)品即小又薄，且零部件布局密度也較低。這樣過(guò)長(zhǎng)的TOL時(shí)間導(dǎo)致焊點(diǎn)IMC結(jié)構(gòu)粗大、松散，富P層過(guò)厚并形成了Ni-Sn-P層。

3. 分析與討論

由以上分析結(jié)果可以導(dǎo)致焊點(diǎn)易脫落的原因是多方面因素造成的，總結(jié)如下：

a). 失效元件的焊點(diǎn)形成了大結(jié)構(gòu)的(Ni,Cu)₃Sn₄ IMC，過(guò)多的易脆的IMC的生成會(huì)導(dǎo)致焊接強(qiáng)度偏低，在受到應(yīng)力時(shí)焊點(diǎn)容易在IMC于PAD上的富P層之間開(kāi)裂。

b). 同時(shí)焊點(diǎn)的富P層也很厚，富P層內(nèi)由于Ni擴(kuò)散而形成的裂縫會(huì)降低焊點(diǎn)的強(qiáng)度。

c). 焊點(diǎn)焊接界面附近殘留的AuSn₄合金（可能是PCB PAD金層過(guò)厚或焊點(diǎn)錫量過(guò)少不利Au的熔融導(dǎo)致），這種合金可能會(huì)引起“金脆”，對(duì)焊點(diǎn)強(qiáng)度也有一定影響。

d). 焊點(diǎn)在富P層與(Ni,Cu)₃Sn₄ IMC間形成了對(duì)焊接強(qiáng)度危害極大的Ni-Sn-P合金，焊點(diǎn)的斷裂主要發(fā)生在Ni-Sn-P層附近。

4.結(jié)論

減少回流時(shí)間到45s~55s，以抑制Ni-Sn-P層的形成，減少焊點(diǎn)IMC、富P層厚度。改善PCB表面處理制程，杜絕“黑鎳”現(xiàn)象發(fā)生。減薄PCB PAD金層厚度或增加焊點(diǎn)錫量以防止“金脆”發(fā)生。

備注：回流時(shí)間越長(zhǎng)會(huì)生成越多的Ni-Sn-P合金。

5. 參考標(biāo)準(zhǔn)

IPC-TM-650 2.1.1-2004手動(dòng)微切片法

GB/T 17359-2012電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則

作者簡(jiǎn)介：

MTT（美信檢測(cè)）是一家從事材料及零部件品質(zhì)檢驗(yàn)、鑒定、認(rèn)證及失效分析服務(wù)的第三方實(shí)驗(yàn)室,網(wǎng)址：www.tywhcyw.com.cn,聯(lián)系電話：400-850-4050。

• 失效分析
• 電子產(chǎn)品失效分析
• 金屬材料失效分析
  
• 非金屬材料失效分析
• 涂層/鍍層失效分析
• LED失效分析