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器件立碑虚焊不良分析与建议 | PCBA开路失效分析

2024-06-06  浏览量:8

 

器件立碑虚焊不良分析与建议 | PCBA开路失效分析

 

立碑一般通常发生在CHIP元件,目前的话主要是0201和01005。立碑的现象产生是由于元件两端焊盘上的焊膏在回流熔化时,元件两个焊端的表面张力不平衡,张力较大的一端拉着元件沿其底部旋转而致。

本文将详解与器件立碑虚焊不良的相关案例,通过剖面观察、剥离分析、Profile曲线分析等方法,分析其立碑原因及机理,并提出改善建议。

 

背景

 

某PCBA出现开路失效,表现为贴片电感器件立碑虚焊。PCB的焊盘表面处理工艺为ENIG,器件焊端表面处理工艺为电镀锡。

委托方提供5pcs NG PCBA(X627-1、X627-2、X627-3、X621、X629)、30pcs器件原物料。

 

测试分析

 

1 外观检查及缺陷规律性

 

利用体视显微镜对立碑器件进行光学检查,结果如下:

 

如图1-2所示,5pcs NG PCBA均发现0201器件立碑不良,3pcs发生在X627位置,立碑方向一致,另外2pcs分别发生在X621和X629位置。

 

NG器件立碑分布区域及立碑方向统计

图1 NG器件立碑分布区域及立碑方向统计

 

立碑器件外观检查典型照片

图2 立碑器件外观检查典型照片

 

2 剥离分析

为了观察立碑器件底部是否存在污染等异常,将立碑器件剥离后,对立碑一端剥离界面进行形貌观察及成分分析,结果如下:

清洗前:如图3及表1-2所示,剥离界面主要为助焊剂残留(助焊剂残留主要含有C、O、Sn元素),未发现异常元素存在,排除界面污染对立碑的影响。

清洗后:如图4及表3-4所示,剥离界面主要含有C、O、Sn、Ni及少量Cu元素,成分正常。

 

NG PCBA(X627-2)立碑焊点剥离后界面(清洗前)SEM图片

图3 NG PCBA(X627-2)立碑焊点剥离后界面(清洗前)SEM图片

 

 

 

NG PCBA(X627-2)立碑焊点剥离后界面(清洗后)SEM图片

图4 NG PCBA(X627-2)立碑焊点剥离后界面(清洗后)SEM图片

 

 

 

3 剖面分析

 

将立碑焊点切片后,利用SEM+EDS对截面进行观察分析,结果如图5及表5-6所示:

器件底部存在大量助焊剂残留现象,立碑端未发现异常元素存在,进一步排除界面污染对器件立碑的影响。立碑端底部发现完整纯锡层,排除镀锡层厚度不足对器件立碑的影响。

 

NG PCBA(X627-3)立碑焊点切片后截面SEM图片

图5 NG PCBA(X627-3)立碑焊点切片后截面SEM图片

 

 

 

4 原物料分析

 

分别对器件焊端进行表面分析和剖面分析,结果如下:

表面分析:如图6及表7所示,器件焊端表面放大后,形貌未见异常。成分测试结果显示,表面主要为Sn元素,未发现异常元素存在。

剖面分析:如图7及表8所示,器件焊端镀锡层完整,厚度在2.53um~2.83um之间。

以上结果显示,器件原物料焊端表面未见异常,镀层厚度满足要求,基本排除器件焊端上锡不良对立碑的影响。

 

原物料焊端表面SEM图片

图6 原物料焊端表面SEM图片

 

 

原物料焊端切片后截面SEM图片

图7 原物料焊端切片后截面SEM图片

 

 

5 尺寸测量分析

 

对立碑器件切片后截面尺寸进行测量观察,结果如图8所示,发现立碑器件起翘端尺寸较正常端,未发现偏小现象,排除器件焊端大小及焊盘大小对立碑的影响。

立碑器件切片截面图可知,焊端内距明显大于焊盘内距,焊端内距与焊盘内距匹配性较差。

 

立碑器件切片后截面尺寸测量结果

图8 立碑器件切片后截面尺寸测量结果

 

对器件原物料内距及PCB焊盘内距进行测量,结果如图9所示,器件内距远大于焊盘内距,二者内距匹配性较差,容易导致立碑异常。

 

器件原物料焊端内距及PCB焊盘内距测量图片

图9 器件原物料焊端内距及PCB焊盘内距测量图片

 

6 可焊性测试

 

参考标准IPC J-STD-002C 2008元器件引线、端子、焊片、接线柱和导线的可焊性测试对器件原物料焊端进行测试,结果如下:

由图10所示,器件焊端上锡性虽然满足标准要求,但是个别曲线T0(过零时间)、T1(润湿上升时间)及Fmax(最大润湿力)存在明显差异,说明器件焊端上锡能力存在差异。

 

器件原物料焊端上锡性测试曲线

图10 器件原物料焊端上锡性测试曲线

 

7 Profile 曲线分析

 

参考标准IPC/JEDEC J-STD-020E 2014非密封固态表面贴装元件湿度/回流焊敏感度分级中对无铅回流温度要求,如图11所示,实际回流曲线满足标准对无铅回流焊接要求。

 

Profile曲线

图11 Profile曲线

 

结论与建议

 

结论:

器件立碑的原因主要跟以下两个因素有关:

①器件内距与焊盘内距匹配性差;

②器件焊端上锡能力存在差异。

 

建议:

1. 钢网内切,使钢网内距小于器件内距10um;

2. 将3、4、5、6、7温区的下温区各增加15℃,上温区各降低5℃,并将7温区拉升至210℃,减小7、8温区温差。

 

*** 以上内容均为原创,如需转载,请注明出处 ***

 

简介

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