焊盘脱落失效分析

引言

作为线路板与电子元器件焊接装联的必要媒介，焊盘的焊接质量是影响终端产品寿命与可靠性的重要因素，本文以FPC焊盘脱落为例，介绍焊盘脱落的失效分析方法。

一、案例背景

委托方反馈，FPC组装后返修过程中出现焊盘脱落问题。现针对委托方提供的2pcs 焊盘脱落样品及同批次FPC成品进行测试分析，查找FPC焊盘脱落的原因。

二、分析过程

1.外观检查

利用体视显微镜对焊盘脱落样品（NG1、NG2）进行光学检查，结果如图1所示。

NG1、NG2样品在QFN芯片相同角落位置发现焊盘脱落现象，其他三个角落位置焊盘未见明显脱落现象，失效现象与委托方反馈信息一致。

图1.焊盘脱落FPC外观检查照片

2.模拟验证

为了确认FPC成品解焊过程中确实存在焊盘脱落异常，从FPC成品中随机选取2pcs进行解焊处理，结果发现样品存在焊盘脱落异常（分别命名为样品1#、样品2#），结果如图2所示。

样品1#、2#在QFN芯片相同角落位置都发现焊盘脱落现象，焊盘脱落位置与委托方所送失效样品表现一致，故FPC成品解焊后确实存在焊盘脱落异常。

图2.样品1#、2#脱落焊盘外观检查照片

3.表面分析

利用有机溶剂对样品1#表面残留助焊剂清洗后，利用电子扫描显微镜对脱落焊盘进行形貌观察与成分分析，结果如图3所示。

结果显示，所有脱落焊盘脱开位置一致，断口呈现受力变形特征。EDS测试结果显示，断口位置未发现明显异常元素。

图3.样品1#脱落焊盘位置形貌观察照片及成分测试结果

4.剖面分析

为了确认同批次FPC成品焊盘是否存在缺陷，从剩余的FPC成品中随机选取2pcs样品进行切片分析，结果发现2pcs样品（分别命名为成品1、成品2）焊盘存在断开异常，结果如下：

图4.成品FPC样品切片位置示意图

成品1：如图5所示，切片后，一引脚焊盘（图4黄框位置）明显发现断开异常，另一引脚焊点局部开裂，断开界面吻合，呈现明显的受力断裂特征；断开界面局部存在无润湿现象，界面润湿不良将导致该界面处焊接强度降低；焊盘断口周围铜箔完好，镍层局部发现微裂纹现象。

图5.成品1样品切片后引脚焊点截面金相观察照片及SEM+EDS分析结果

成品2：如图6所示，切片后，图4黄框位置引脚同样发现断开异常，断开界面吻合，呈现明显的受力断裂特征；断开界面局部存在无润湿现象，界面润湿不良将导致该界面处焊接强度降低；焊盘断口周围铜箔及镍层完好，说明焊盘断开异常与焊盘镍层微裂纹无直接相关性。

图6.成品2样品切片后引脚焊点截面金相观察及SEM形貌观察照片

以上结果可知，焊盘断开原因为焊点焊接成型后，QFN焊点受到外力影响，导致焊点沿焊接强度薄弱位置（断口界面润湿不良位置）断开，最终导致焊盘被连带拉断。

三、总结分析

本案失效背景为：FPC组装后返修过程中出现焊盘脱落问题。

对焊盘脱落样品进行外观检查发现，焊盘脱落都发生在QFN芯片相同角落位置，其他三个角落位置焊盘未见明显焊盘脱落现象，失效现象与委托方反馈信息一致。

为了确认QFN器件加热解焊过程中，确实存在焊盘脱落异常，对委托方所送同批次FPC成品借助加热台（设定250℃）进行解焊操作。结果显示，个别FPC成品解焊过程中，确实存在焊盘脱落现象。

对解焊后焊盘脱落样品进行形貌观察及成分分析。结果显示，所有脱落焊盘脱开位置一致，断口呈现受力变形特征，断开位置未发现明显异常元素。

为了确认同批次FPC成品焊盘是否存在缺陷，对成品FPC上QFN引脚焊点进行切片分析，结果显示：

①多个样品QFN相同角落位置焊点都发现断开异常，断开界面吻合，断开位置焊盘被拉断，呈现明显的受力断裂特征；

②断开界面局部位置存在无润湿现象，界面润湿不良将导致界面焊接强度降低；

③焊盘断口周围铜箔完好，个别脱落焊盘镍层局部发现微裂纹现象，镍层微裂纹与焊盘脱落无明显相关性。

综上所述，FPC焊盘断开过程如图7所示，QFN器件回流焊接后，引脚焊点局部存在润湿不良现象，导致界面焊接强度降低，在较大外力作用下，焊点沿界面焊接强度薄弱处开始开裂，最终导致焊盘被拉断失效。

图7.QFN器件引脚焊点焊盘断开过程示意图

四、结论与建议

FPC焊盘脱落的原因为回流焊接后，焊点受到较大外力影响导致焊点沿焊接强度薄弱位置开裂，最终导致焊盘被连带拉断。

建议焊接完成后排查各个工站样品受力情况，避免较大外力作用于产品表面。

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