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FPC连接器Pin存在脱开异常,为什么?

2024-05-24  浏览量:31

 

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。

 

NG连接器Pin外观检查照片

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。

 

NG连接器脱开Pin剥离后界面形貌观察及成分分析结果

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。

 

NG连接器脱开Pin切片后截面形貌观察及成分分析结果

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

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。

 

Profile曲线

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。

 

NG Pin未焊接焊盘镀层形貌观察及成分分析结果

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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