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端子脱落失效分析

新阳检测中心 来源:新阳检测中心 作者:新阳检测中心 2022-09-13 11:13 次阅读

案例背景

Case background

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产品端子PCBA组装完成后约24小时,端子轻微受力后发生掉落,经分析,判断该种失效问题与端子镀层合金化存在关联。

分析过程

Analysis process

剥离面特征分析(PCB侧)

1.外观分析

PCB侧端子脱落后的剥离面外观特征:

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说明:该PCB板为陶瓷板。PCB侧端子脱落后的剥离面外观特征:表面平整、细腻,无应力齿纹痕迹。

2.SEM分析

PCB侧端子脱落后的剥离面表面形貌特征:

31069043426b414faff72b98a9203205~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1663642949&x-signature=huVJL8uHozNBt5zJzRU5M8p7%2FaQ%3D

说明:根据PCB侧端子脱落后的剥离面SEM分析可见,其表面平整、无应力断裂痕迹,且表面呈现蜂窝状及晶片状结构。

3.EDS成分分析

PCB侧端子脱落后的剥离面的成分分析

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4.切片断面分析

脱落点PCB侧的切片断面分析:

8a1e981dd7584754b20baae6e5c7eff8~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1663642949&x-signature=0wX8EiVxezZVORVK8thrlMJY6ew%3D

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说明:PCB侧脱落点切片断面分析如上图示,其特征为断面平整,焊锡与PCB焊盘相连,PCB侧IMC层连续,剥离面有明显的IMC残留。

脱落点PCB侧的切片断面EDS分析

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说明:剥离面有明显的IMC残留,其主要成分为Cu、Sn,以及少量的Ni,Cu、Sn的质量比约为40:60。按其质量百分比计算,为Cu6Sn5合金。

剥离面特征分析(端子侧)

1.外观分析

脱落的端子侧剥离面外观特征:

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说明:脱落端子的剥离面外观特征:表面平整、细腻,无应力齿纹痕迹,与PCB侧特征相符合。

2.SEM分析

SEM表面特征分析:

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说明:如图所示,脱落端子的剥离面表面平整,无应力损伤痕迹。其微观结构呈絮状,与PCB侧的蜂窝状形貌相对应。

3.EDS成分分析

脱落端子剥离面的成分分析

0bf8e8bfe5714a339350df247eac9b0a~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1663642949&x-signature=rURudxalIPPBbGjh9QaFHvJdauM%3D

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4.切片断面分析

端子的切片断面分析:

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说明:根据端子切片断面分析可见,端子焊锡面仅有IMC层附着。

端子的焊锡面切片断面分析

3d38ace0824c4a18a86969bd1f2e5eda~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1663642949&x-signature=j665HOvL6SfzCQL0Ey1VxWwxeJY%3D

说明:端子切片断面分析,端子焊锡面仅有IMC层附着。

脱落端子的切片断面成分分析

1a72b041af32437697b38b9bb0325580~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1663642949&x-signature=qc%2FtFLBLzmBLf1YfX%2B%2FsPPWIzxI%3D

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说明:端子镀层主要成分Sn、Cu为主,整体呈现为Cu6Sn5合金。

端子未脱落点的切片断面分析

05f2331c97e24afe9d02993a3190b389~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1663642949&x-signature=59cuGDwzDdb9o5fUSBRqC3Zv1YM%3D

说明:针对未脱落端子的切片分析可知,整体焊接状态良好,端子侧IMC层厚度2.32μm,与脱落端子残留的IMC厚度相近。

未使用的端子的分析

1.切片断面分析

端子的切片断面分析:

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说明:针对未使用端子的切片分析发现,焊接面端子镀层厚度均在1μm以下。从其状态判断,镀层已经合金化(IMC外露)。

2.EDS成分分析

端子断面的成分分析

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说明:未使用端子EDS分析,镀层主要成分为Cu、Sn,Cu、Sn的质量比约为40:60。


分析结果

Analysis results

原因分析

端子镀层合金化(Cu6Sn5合金),使其可焊性降低。在常规条件下,进行SMT回流焊时,由于热量不足以让焊锡与端子镀层完全融合,故在端子的镀层与焊锡之间形成虚焊,导致了在后续的组装过程中,碰触端子便发生脱落的情况发生。

改善建议

1.针对端子镀层合金化的问题,建议增加端子镀层厚度。除合金化部分以外,需有焊锡覆盖。

2.在现有回流条件中,即板面最高温度243℃(端子位置的温度未知),建议如下:

对端子位置的温度进行监测,取得实测值;

由于陶瓷板本身热容较高,端子散热较快,对端子位置的温度实测值建议在245℃-250℃之间,220℃以上时间70s左右。

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新阳检测中心将继续分享关于PCB/PCBA、汽车电子及相关电子元器件失效分析、可靠性评价、真伪鉴别等方面的专业知识,点击关注获取更多知识分享与资讯信息

审核编辑 黄昊宇

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