PCB板中芯片焊点开路失效分析

PCB板中芯片焊点开路失效分析

引言

某PCBA在组装完成后测试存在功能异常，经初步定位，为板上失效芯片的部分焊点发生开路不良，且已定位到具体的焊点位置，现进行失效分析，查找失效原因。

测试分析

1 外观检查

对NG PCB板上失效芯片进行外观检查，未发现失效芯片表面有明显异常现象。

图1 NG PCB板上失效芯片焊点X-ray图片

2 切片分析

对NG PCB板上失效芯片焊点进行切片分析，如图2所示，失效焊点成型良好，失效焊盘埋孔铜层与底部铜层界面疑似存在开裂失效，且OK焊点亦存在相同的失效现象，如图3所示。

图2 失效芯片NG焊点切片金相图片

图3 失效芯片OK焊点切片金相图片

对NG焊点和OK焊点疑似开裂位置进行放大观察，确认埋孔铜层与底部铜层界面存在开裂现象，且在开裂界面位置存在少量异物，成分分析结果显示，异物的主要成为为C、O、Mg、Al、Br等杂质元素。

图4 失效芯片NG焊点切片SEM图片

表1 失效芯片NG焊点切片EDS结果（wt%）

3 机械剥离后表面分析

对NG PCB板上失效芯片失效位置的分离界面进行表面分析，发现失效焊点和大部分正常焊点的焊盘被拔起，且在焊盘埋孔铜层和底部走线铜层界面发生开裂，与切片结果相对应。

图5 NG PCB板机械剥离后外观图片

对分离界面进行表面观察，失效焊点PCB端和芯片端分离界面均存在少量异物，通过成分分析发现，异物主要成分为C、O、Al、Si、S、Br、K、Ca、Fe等异常元素，对比PCB基材的成分，异物主要来源应来自PCB基材。另外，部分OK焊点分离界面也存在少量异物。

图6 NG焊点芯片端剥离界面SEM图片

表2 NG焊点芯片端剥离界面EDS结果（wt%）

图7 OK焊点芯片端剥离界面SEM图片

4 AES分析

对NG PCB板中机械剥离后的界面进一步进行表层深度成分分析，发现 NG焊点和OK焊点的焊盘埋孔铜层分别在表面到25nm位置处和20nm位置处，C、N、O含量明显偏高，且存在异常的S元素。

表3 NG焊点芯片端剥离界面深度成分结果（Atomic%）

表4 OK焊点芯片端剥离界面表面深度成分结果（Atomic%）

结论

导致失效PCB板中芯片焊点开路的直接原因为：与焊盘相连的埋孔铜层和底部走线铜层之间界面发生开裂。

其根本原因应为：埋孔在电镀铜前清洗不干净，在该界面处存在污染，致使两界面结合强度弱，在后续的组装受热过程中，该界面发生开裂失效。

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