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CMD(ESD)器件引腳可焊性不良故障分析

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2022-03-04 23:48

一、現(xiàn)象描述

 

      某公司從美國(guó)CMD購(gòu)進(jìn)一批ESD器件,在某通信終端產(chǎn)品組裝再流焊接中,虛焊比例非常高,如圖1所示。

 

CMD(ESD)器件引腳可焊性不良故障分析

 

圖1

 

二、原因分析

 

      對(duì)焊點(diǎn)沿引腳縱向的金相切片SEM分析,其形貌代表性照片如圖1.32所示。從圖2中可見:ESD引腳表面潤(rùn)濕性差(θ>90°),引腳與焊料界面上未見生成IMC。

 

CMD(ESD)器件引腳可焊性不良故障分析

 

圖2

 

      縱向切片顯示了主要判斷位潤(rùn)濕性明顯不良,焊料沿兩側(cè)壁爬升高度遠(yuǎn)小于25%的引腳厚度,如圖3所示。

 

CMD(ESD)器件引腳可焊性不良故障分析

 

圖3

 

      再流焊接過程中冶金反應(yīng)進(jìn)行得是否充分,表現(xiàn)在IMC層的形成上。在界面上是否形成了合適厚度的IMC層(對(duì)Cu-Sn/IMC通常要求為2~4μm;EDIG Ni/Au/IMC為1~2μm),這是判斷焊點(diǎn)是否虛焊的判據(jù)。

 

      圖4為CMD(ESD)器件再流焊接后焊點(diǎn)做IMC分析的金相切片。圖中在PCB焊盤側(cè)的界面上可以明顯看到IMC層,而在ESD引腳側(cè)的界面上未見到IMC。

 

CMD(ESD)器件引腳可焊性不良故障分析

 

圖4

 

      引腳材料及鍍層結(jié)構(gòu),在Cu基材上涂覆Ni-Pd–Au做防護(hù)層。

 

      由此得出引腳表面可焊性不良,屬器件供方的質(zhì)量問題。

 

三、機(jī)理分析

 

      本案例涉及的ESD引腳鍍層為ENIG Ni/Pd/Au,化學(xué)浸Pd是元器件引腳的理想Cu-Ni保護(hù)層。

 

1. Pd的特性

 

      Pd可直接鍍?cè)贑u或Ni上,因Pd有自催化能力,其鍍層可以增厚(可達(dá)0.08~0.2μm)。Pd鍍層耐熱性高、穩(wěn)定、能經(jīng)受多次熱沖擊。Pd的化學(xué)性質(zhì)不活潑,常溫下在空氣和潮濕環(huán)境中穩(wěn)定。Pd耐硫化氫腐蝕,常溫下表面不晦暗。氫氟酸、高氯酸、磷酸、醋酸在常溫下不腐蝕Pd,但鹽酸、硫酸、氫溴酸可輕微腐蝕Pd。硝酸、氯化鐵、次氯酸鹽和濕的鹵素會(huì)快速腐蝕Pd。

 

2. ENIG Ni/Pd/Au鍍層特點(diǎn)

 

      Cu基材上的ENIG Ni/Pd/Au可以根除ENIG Ni/Au外的黑盤問題。在組裝焊接中,對(duì)Ni/Pd/Au鍍層來(lái)說(shuō),當(dāng)Au鍍層與熔化焊料接觸后,Au熔化后融入焊料中形成AuSn4等金屬化合物。而熔融的焊料不與Pd形成化合物,它只能極緩慢地融入焊料并穩(wěn)定地漂浮在焊料表面。

 

      Pd鍍層可焊性差,只有當(dāng)Pd層的Pd融入焊料后,焊料中的Sn才能與底層的Ni發(fā)生冶金反應(yīng),從而生成Ni3Sn4的IMC。

 

      對(duì)常用的免清洗焊膏來(lái)說(shuō),要在再流焊接的有限時(shí)間內(nèi)將其融入熔融的焊料中談何容易。因而,這是導(dǎo)致本案例在再流焊接中大面積發(fā)生虛焊的根源所在。

 

四、解決措施

 

      1. 選用與ENIG Ni/Pd/Au鍍層再流焊接匹配性好的焊膏(如由CMD公司提供的在美國(guó)與ESD器件配套使用的ALPHA OL213焊膏)是解決問題的主要途徑。

 

      2.選用其他鍍層(如Ni/Sn鍍層)的器件取代ENIG Ni/Pd/Au鍍層的器件。

 
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來(lái)源:可靠性雜壇

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