FPC连接器Pin存在脱开异常，为什么？

FPC连接器Pin存在脱开异常，为什么？

FPC（柔性电路板）是PCB的一种，又被称为“软板”，主要用于和其他电路板的连接，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。在航天、军事、移动通讯、手提电脑等领域或产品上得到了广泛的应用。

背景

某FPC连接器Pin存在脱开异常，现分析其失效原因。

测试分析

1 外观检查

利用体视显微镜对NG连接器Pin进行光学检查，NG连接器多数Pin焊点均发现脱开异常，脱开界面平整，呈现脆性断裂特征，如图1所示。

图1 NG连接器Pin外观检查照片

2 表面分析

将NG连接器脱开Pin剥离后，利用场发射扫描电子显微镜对脱开界面进行形貌观察及成分分析，结果如图2所示。

脱开界面平整（尤其Pin侧界面极为平整，较为异常），呈脆性断裂特征；焊锡主要残留在Pin侧；成分分析显示，FPC侧及Pin侧均探测到C/O/Ni/P/Sn/Cu元素，根据元素含量，推测断裂发生在FPC侧富P层与IMC层之间。

图2 NG连接器脱开Pin剥离后界面形貌观察及成分分析结果

4 剖面分析

对NG-Pin脱开焊点切片后，利用SEM+EDS对截面进行观察分析，结果如下:

4.1 形貌观察+成分分析

NG-脱开焊点：如图3所示，脱开焊点切片分析结果显示：①焊点脱开位置位于FPC侧富P层表面，焊点内弥散分布较多银锡化合物及少量金锡化合物；②FPC侧局部界面发现金锡化合物，位于Ni-P层与镍锡IMC之间，属异常现象；③脱开界面IMC呈块状及针状形貌，形貌异常；④引脚侧IMC呈针状，形貌异常，成分主要为镍锡化合物，Ni层未含P元素，推测为电镀镍层。

图3 NG连接器脱开Pin切片后截面形貌观察及成分分析结果

4.2 IMC及富P层观察与测量统计

NG1：如图3及表1所示，脱开界面多处IMC形貌异常，呈针状及块状形貌特征，局部IMC呈现“无根”形貌特征；FPC侧IMC平均厚度5.45µm，富P层平均厚度1038nm，IMC厚度及富P层厚度均偏厚；引脚侧IMC呈针状，形貌异常，但未呈现“无根”形貌特征，IMC平均厚度2.96μm，厚度偏上限。

表1 NG脱开焊点剖面IMC及富P层观察测量图片

以上结果可知，NG Pin脱开界面多处IMC形貌异常，呈针状及块状异常形貌，局部IMC呈现“无根”形貌特征；IMC平均厚度及富P层平均厚度明显偏厚。富P层厚度偏厚，将导致界面脆性增加；IMC形貌异常，厚度偏厚，增加了焊点脆性；局部界面Ni-P层与镍锡IMC之间的异常金锡化合物，在一定程度上增加了焊点的脆性。以上影响因素共同作用，最终导致焊点脆性断裂。

5 Profile曲线分析

如图 Profile曲线可知，回流时间（220℃以上）在71s~74s，最高峰值温度254.8℃，回流时间及峰值温度偏高。

图4 Profile曲线

6 FPC焊盘镀层分析

对NG Pin未焊接焊盘切片后，利用场发射扫描电子显微镜对焊盘镀层进行观察分析，结果如图5所示：镀层金层厚度在59.6nm~72.6nm之间，金层厚度正常；镍层成分分析显示，镍层P含量为12.0wt%，属高磷范畴。

图5 NG Pin未焊接焊盘镀层形貌观察及成分分析结果

结论

FPC连接器Pin脱开的原因为界面结构异常：FPC焊盘侧富磷层和IMC层过厚，且界面处存在金锡化合物，导致焊点脆性开裂。

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