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焊点开裂不良失效分析

2017-01-17  

邓胜良

(深圳市美信检测技术股份有限公司,深圳宝安,518108)

 

摘要:某化镍浸金的FPC软板,在组装完成后,发现部分焊点存在开裂失效。通过外观检查,表面分析及剖面分析等分析手段,发现焊盘中镍层存在开裂,在焊接过程中,Cu过度的扩散到金属间化合物中去,严重降低金属间化合物与镀层之间的强度,导致焊点发生开裂失效。

 

关键词:焊点开裂;镍层断裂;铜扩散

 

1 案例背景

送检样品为某FPC板,该FPC板经过SMT后经辊筒测试,发现部分焊点存在开裂失效。该PCB板焊盘表面处理工艺为化镍浸金。

 

2 分析方法简述

如图1和2所示,失效焊点断裂界面呈明显的脆性断口,失效焊盘镍层存在明显的开裂现象。通过切片分析,失效焊点主要开裂在IMC层与Ni层之间的界面处,失效焊点IMC层中Cu含量明显高于Ni含量。

 

失效分析 失效分析
图1 失效样品外观图片
失效分析 失效分析
图2 失效样品SEM图片
失效分析 失效分析
图3 失效焊点的切片图

 

表1. NG-3焊点切片EDS测试结果(Wt%)

Spectrum C O Ni Cu Sn Total
位置1 2.5 1.5 16.5 34.4 45.2 100.0
位置2 2.4 2.0 14.0 26.2 55.4 100.0
位置3 1.5 2.0 5.2 13.2 78.1 100.0
位置4 1.8 6.6 / / 91.6 100.0

 

3 分析与讨论

该焊点失效界面为典型的铜扩散现象,正常的ENIG焊盘与焊料之间形成Ni3Sn4的IMC层,Ni层作为阻挡层,阻挡Cu向焊料扩散,亦或形成少量的(Cu,Ni)6Sn5的三元合金,当Ni层发生开裂时,Cu会沿裂缝向焊料急剧扩散,当Cu大量异常的向锡镍合金扩散时,必然改变IMC的结构和物理性能,其机械性能弱化,脆性增加而与Ni层的结合力减弱,在受到外力作用下,易发生开裂失效现象。SMT的高温和长时间回流焊及焊盘的Ni层开裂均有助于Cu扩散现象的发生。

 

本案焊点失效的主要原因为在SMT前,焊盘的Ni镀层存在开裂,致使在焊接过程中Cu向IMC层大量扩散,改变了IMC层的结构和物料特性,致使界面机械性能严重下降。

 

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