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失效分析

连接器引脚上锡不良失效分析

分析方法


1 样品外观观察

通过将失效样品和正常样品分别放在体式显微镜下观察,发现失效样品的某些引脚确实存在引脚上锡不良现象,失效引脚位置在连接器上分布不规律,但失效样品主要集中在连接器中间区域,且两端引脚上锡相对较好。正常样品表现为两端上锡饱满,中间区域引脚上锡不饱满,该现象说明失效可能与位置相关。

2 表面分析

分别对NG焊点表面和未使用引脚表面进行表面SEM观察和EDS成分分析,成分测试结果见表1~2,均未发现明显污染元素,说明造成该引脚上锡不良与污染相关性不大。

表1 NG焊点表面EDS测试结果(Wt%)

SpectrumCONiCuSnTotal
位置13.344.83/1.1590.68100.00
位置22.834.58//92.59100.00
位置32.995.510.82/Sn100.00


表2 未使用连接器引脚表面EDS测试结果(Wt%)

SpectrumCOSnTotal
位置12.755.2791.98100.00
位置22.745.4391.82100.00

3剖面分析

将NG焊点分别按照横向和纵向制作切片,观察焊点内部连接情况:

通过纵向切片可知,焊锡与焊盘间形成良好IMC层,而引脚与焊锡之间出现分离,分层中间存在异物,通过对异物进行成分分析,主要元素为C、O、Sn、Br,怀疑其可能为助焊剂;

通过横向切片可知,NG焊点引脚与焊盘存在偏位现象,表现为两侧不上锡,焊锡与焊盘形成均匀连续的IMC层,引脚底部与焊锡之间亦存在分层,中间也存在异物。通过对分层处进行放大观察,发现引脚底部存在一层锡层,锡层成分为纯锡;而焊点焊锡成分中含少量Ag(位置4和5),与锡膏(Sn-Ag-Cu:95%-3%-0.5%)中成分相对应。由此可推出,NG焊点引脚底部锡层为引脚表面镀锡层,因此可侧面说明NG焊点在SMT过炉过程中,引脚底部与焊锡没有良好接触。

表3 NG焊点引脚底部与焊锡之间异物EDS测试结果(Wt%)

SpectrumCOBrSnTotal
位置231.358.1023.0837.48100.00
位置326.995.7825.1842.05100.00
位置428.604.3318.5148.55100.00

表4 NG-3#焊点引脚底部与焊锡之间EDS测试结果(Wt%)

SpectrumCOCuAgSnTotal
位置11.060.780.70/97.46100.00
位置21.070.770.57/97.59100.00
位置313.5116.401.75/68.35100.00
位置41.190.891.153.5293.26100.00
位置51.230.920.932.3094.63100.00

4 引脚剥离成分分析

用机械方式将NG焊点剥离,发现引脚剥离力较小,说明连接器引脚与焊盘为假焊。分离后,发现焊锡表面及引脚底部存在较多异物,通过对异物进行FTIR成分分析,主要检测到羧酸结构类物质,说明该异物确实为助焊剂。助焊剂大量残留说明可能存在炉温问题,例如预热时间过短、峰值温度偏低等情况。对剥离后PCB端焊点和引脚进行表面观察,注意到NG焊点引脚剥离后焊锡在焊盘上润湿良好,表面光亮圆滑,进一步说明在过炉过程中,引脚与焊锡未接触。

5 可焊性分析

为了验证引脚不上锡与其自身可焊性的相关性,参考标准IPC-J-STD-002C-2008 元器件引线、端子、焊片、接线柱和导线的可焊性测试,通过可焊性模拟试验,来确认未使用连接器引脚的可焊性。

随机取3pcs未使用连接器,用助焊剂均匀涂覆引脚,后浸入255℃无铅钛锡炉中进行测试,保持时间5s后,拿出样品,放在体式显微镜下观察拍照,通过观察发现,未使用连接器引脚的表面整体呈现连续的焊料涂层,符合IPC-J-STD-002C中的标准要求,结果表明,该批次连接器引脚的可焊性良好,排除引脚可焊性差,造成引脚不上锡的可能。

6 过炉时引脚平面度分析

为确定器件在过炉过程中的变形情况,采用SMT时炉温曲线,实时监测引脚的变形程度,结果见附件,平面度曲线图。由测试结果可知,在焊接前,连接器引脚的平面度良好,在过炉过程中(220℃及峰值温度),个别连接器中间部位引脚变形量偏大(见1#连接器),说明在过炉过程中个别连接器的个别引脚会发生较大变形,对上锡产生不良影响。

7 炉温验证分析

由于NG焊点焊锡表面存在较多助焊剂残留,为了确认炉温曲线对焊接质量的影响,对连接器上引脚焊点温度进行实时监控:

采用客户提供的炉温曲线和链速(950mm/min),对连接器上焊点及其他元器件上焊点进行温度实测,连接器焊点(位置2)在过炉过程中,峰值温度为234℃,元器件焊点(位置1)在过炉过程中,峰值温度为242℃。由此可知,连接器引脚在过炉过程中,吸热量较大,峰值温度偏低,较低的峰值温度会对润湿能力产生不良影响。 




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