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案例背景

一批產(chǎn)品軟板上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(xiàn)為平整的斷裂面。

解析過程

A．確定了試驗(yàn)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(xiàn)象的主要原因，對焊點(diǎn)強(qiáng)度影響較大。

B．找到導(dǎo)致焊點(diǎn)易脫落的失效機(jī)理后，與工藝人員溝通后，得知其焊接時的TOL長達(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。這樣過長的TOL時間導(dǎo)致焊點(diǎn)IMC結(jié)構(gòu)粗大、松散，富P層過厚并形成了Ni-Sn-P層。

分析結(jié)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，過多的易脆的IMC的生成會導(dǎo)致焊接強(qiáng)度偏低，在受到應(yīng)力時焊點(diǎn)容易在IMC于PAD上的富P層之間開裂。

b). 同時焊點(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金層過厚或焊點(diǎn)錫量過少不利Au的熔融導(dǎo)致），這種合金可能會引起“金脆”，對焊點(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。

改善意見

減少回流時間到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：回流時間越長會生成越多的Ni-Sn-P合金。

參考標(biāo)準(zhǔn)

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