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焊接不良失效分析
焊接不良失效分析
美信检测失效分析实验室
摘要：
本文通过对已脱落的PCB（PAD）表面、脱落的元件引脚表面、未使用的PCB（PAD）、元件未脱落的焊点进行表面SEM观察、焊点剖面分析、EDS分析等查找并分析形成元件脱落的原因。焊点在富P层与(Ni,Cu)3Sn4 IMC间形成了对焊接强度危害的Ni-Sn-P合金，焊点的断裂主要发生在Ni-Sn-P层附近。
关键词：
PCB, IMC，断裂，富P层，Ni-Sn-P合金，腐蚀裂纹，金脆
1. 案例背景
X公司出现了一批某型号的手机，品质部门反馈手机软板上SMT元件焊接后易脱落，不良率约为3.3%，PCB焊盘上的断裂面在电子显微镜下观察，表现为平整的断裂面。
2.分析方法简述
A．样品外观照片：
B．确定了试验方案后我们针对失效样品做了如下的分析：
备注：AuSn4是一种很脆的金属间化合物，是引起“金脆”现象的主要原因﹐对焊点强度影响较大。
C．找到导致焊点易脱落的失效机理后，与该公司工艺人员沟通后，得知其焊接时的TOL长达70s，但由于该款产品即小又薄，且零部件布局密度也较低。这样过长的TOL时间导致焊点IMC结构粗大、松散，富P层过厚并形成了Ni-Sn-P层。
3. 分析与讨论
由以上分析结果可以导致焊点易脱落的原因是多方面因素造成的，总结如下：
a). 失效元件的焊点形成了大结构的(Ni,Cu)3Sn4 IMC，过多的易脆的IMC的生成会导致焊接强度偏低，在受到应力时焊点容易在IMC于PAD上的富P层之间开裂。
b). 同时焊点的富P层也很厚，富P层内由于Ni扩散而形成的裂缝会降低焊点的强度。
c). 焊点焊接界面附近残留的AuSn4合金（可能是PCB PAD金层过厚或焊点锡量过少不利Au的熔融导致），这种合金可能会引起“金脆”，对焊点强度也有一定影响。
d). 焊点在富P层与(Ni,Cu)3Sn4 IMC间形成了对焊接强度危害的Ni-Sn-P合金，焊点的断裂主要发生在Ni-Sn-P层附近。
4.结论
减少回流时间到45s~55s，以抑制Ni-Sn-P层的形成，减少焊点IMC、富P层厚度。改善PCB表面处理制程，杜绝“黑镍”现象发生。减薄PCB PAD金层厚度或增加焊点锡量以防止“金脆”发生。
备注：回流时间越长会生成越多的Ni-Sn-P合金。
5. 参考标准
IPC-TM-650 2.1.1-2004手动微切片法
GB/T 17359-2012电子探针和扫描电镜X射线能谱定量分析通则
作者简介：
MTT（美信检测）是一家从事材料及零部件品质检验、鉴定、认证及失效分析服务的第三方实验室,网址：,联系电话：
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