焊接不良失效分析

1. 案例背景

X公司出現了一批某型號的手機，品質部門反饋手機軟板上SMT元件焊接后易脫落，不良率約為3.3%，PCB焊盤上的斷裂面在電子顯微鏡下觀察，表現為平整的斷裂面。

2.分析方法簡述

A．樣品外觀照片：

B．確定了試驗方案后我們針對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”現象的主要原因﹐對焊點強度影響較大。

C．找到導致焊點易脫落的失效機理后，與該公司工藝人員溝通后，得知其焊接時的TOL長達70s，但由于該款產品即小又薄，且零部件布局密度也較低。這樣過長的TOL時間導致焊點IMC結構粗大、松散，富P層過厚并形成了Ni-Sn-P層。

3. 分析與討論

由以上分析結果可以導致焊點易脫落的原因是多方面因素造成的，總結如下：

a). 失效元件的焊點形成了大結構的(Ni,Cu)₃Sn₄ IMC，過多的易脆的IMC的生成會導致焊接強度偏低，在受到應力時焊點容易在IMC于PAD上的富P層之間開裂。

b). 同時焊點的富P層也很厚，富P層內由于Ni擴散而形成的裂縫會降低焊點的強度。

c). 焊點焊接界面附近殘留的AuSn₄合金（可能是PCB PAD金層過厚或焊點錫量過少不利Au的熔融導致），這種合金可能會引起“金脆”，對焊點強度也有一定影響。

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

4.結論

減少回流時間到45s~55s，以抑制Ni-Sn-P層的形成，減少焊點IMC、富P層厚度。改善PCB表面處理制程，杜絕“黑鎳”現象發生。減薄PCB PAD金層厚度或增加焊點錫量以防止“金脆”發生。

備注：回流時間越長會生成越多的Ni-Sn-P合金。

5. 參考標準

IPC-TM-650 2.1.1-2004手動微切片法

GB/T 17359-2012電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則

作者簡介：

MTT（美信檢測）是一家從事材料及零部件品質檢驗、鑒定、認證及失效分析服務的第三方實驗室,網址：m.sz8668.cn,聯系電話：400-850-4050。

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