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1 案例背景

送檢樣品為某款PCBA板，該P(yáng)CBA上一連接器在經(jīng)過SMT后發(fā)現(xiàn)部分引腳上錫不良，失效率不穩(wěn)定；該連接器每側(cè)有50個(gè)引腳，引腳材質(zhì)為銅表面鍍鎳鍍錫，PCB焊盤表面為OSP工藝，錫膏成分為SAC305。

2 分析方法簡述

2.1 外觀檢查

通過外觀觀察，失效樣品部分引腳確實(shí)存在上錫不良現(xiàn)象，且失效引腳位置在連接器上分布不規(guī)律，但失效樣品主要集中在連接器中間區(qū)域，兩端引腳上錫相對較好，典型照片見圖1。正常樣品表現(xiàn)為兩端上錫飽滿，中間區(qū)域引腳上錫不飽滿，典型照片見圖2，該現(xiàn)象說明上錫不良可能與位置相關(guān)。

圖1 失效樣品的顯微放大圖

圖2 正常樣品的顯微放大圖

2.2 表面分析

通過機(jī)械方式將失效區(qū)域NG引腳進(jìn)行剝離，發(fā)現(xiàn)其引腳剝離力較小，說明連接器引腳與焊盤為假焊。剝離后，發(fā)現(xiàn)焊盤焊料表面及引腳底部存在較多異物，焊料在焊盤上圓滑光亮，潤濕良好，引腳底部未發(fā)現(xiàn)明顯焊料，如圖2所示。通過對異物進(jìn)行FTIR成分分析，主要檢測到羧酸結(jié)構(gòu)類物質(zhì)，說明該異物應(yīng)為助焊劑，見圖3。助焊劑大量殘留說明可能存在爐溫問題，例如預(yù)熱時(shí)間過短、峰值溫度偏低等情況。

圖3 NG焊點(diǎn)剝離后外觀圖片

圖4 異物紅外圖譜

2.3 切片分析

通過對NG焊點(diǎn)和OK焊點(diǎn)分別進(jìn)行橫向及縱向切片分析，觀察焊點(diǎn)的界面連接情況。

由圖5和7所示，通過對NG焊點(diǎn)的橫縱向切片分析可知，連接器引腳與焊料之間存在分層，且之間存在異物，結(jié)合剝離分析結(jié)果，中間異物應(yīng)為助焊劑殘留。通常導(dǎo)致焊點(diǎn)分層的主要原因有三點(diǎn)：(1)連接器引腳可焊性較差；(2)連接器引腳共面性存在問題；(3)爐溫設(shè)置不當(dāng)，具體原因需要后續(xù)進(jìn)一步驗(yàn)證。

如圖6和8所示，通過對OK焊點(diǎn)的橫縱向切片進(jìn)行觀察，引腳與焊料雖然形成良好的IMC層，但引腳的整體上錫性能一般。

圖5 NG焊點(diǎn)縱向切片圖片

圖6 OK焊點(diǎn)縱向切片圖片

圖7 NG焊點(diǎn)橫向切片圖片

圖8 OK焊點(diǎn)橫向切片圖片

2.4 可焊性驗(yàn)證試驗(yàn)

2.5 引腳過爐時(shí)熱變形測試

2.6 模擬試驗(yàn)

3 分析與討論

通過引腳剝離測試及切片分析可知，失效焊點(diǎn)中引腳與焊料存在分層，且分層中間存在大量的助焊劑殘留，但焊料在焊盤端潤濕性很好，且在焊盤表面呈光滑圓潤狀。通常導(dǎo)致焊點(diǎn)分層的主要原因有三點(diǎn)：①連接器引腳可焊性較差；②連接器引腳共面性存在問題；③爐溫設(shè)置不當(dāng)。

可焊性測試結(jié)果表明，連接器引腳可焊性不存在問題。根據(jù)對引腳在過爐過程中的變形量測試結(jié)果可知，個(gè)別連接器個(gè)別位置引腳在220℃或峰值溫度時(shí)，會發(fā)生較大變形，使引腳在焊接過程中存在共面性問題，導(dǎo)致個(gè)別引腳與焊料未接觸上，致使引腳上錫不良。

對SMT爐溫進(jìn)行確認(rèn)，通過模擬焊接時(shí)爐溫曲線和鏈速，對PCBA上連接器焊點(diǎn)及其他元器件焊點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)連接器上焊點(diǎn)峰值溫度為234℃，相比其他元器件焊點(diǎn)低8℃；對連接器上中間位置和邊緣位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，邊緣焊點(diǎn)峰值溫度為235℃，中間區(qū)域焊點(diǎn)峰值溫度為230℃，中間區(qū)域峰值溫度明顯偏低。通過降低鏈速后，焊點(diǎn)的峰值溫度會升高，焊接區(qū)時(shí)間也會相應(yīng)的增加，連接器中間位置的焊點(diǎn)焊接質(zhì)量得到改善，說明爐溫對焊接質(zhì)量存在一定影響。

4 結(jié)論

連接器上錫不良的主要表現(xiàn)為引腳下表面與焊點(diǎn)分離，導(dǎo)致此失效的原因有兩方面：①過爐過程中引腳存在熱變形；②過爐過程中連接器引腳溫度不夠，影響潤濕性能。

5 建議

(1) 增加連接器中間區(qū)域的錫膏印刷厚度；

(2) 優(yōu)化焊接爐溫曲線和鏈速。