失效分析丨焊点开裂

来源:电子制造资讯站发布时间:2023-04-215363浏览

焊点开裂不良原因分析

摘要

某化镍浸金的FPC软板，在组装完成后，发现部分焊点存在开裂失效。通过外观检查，表面分析及剖面分析等分析手段，发现焊盘中镍层存在开裂，在焊接过程中，Cu过度的扩散到金属间化合物中去，严重降低金属间化合物与镀层之间的强度，导致焊点发生开裂失效。

1. 案例背景

送检样品为某FPC板，该FPC板经过SMT后经辊筒测试，发现部分焊点存在开裂失效。该PCB板焊盘表面处理工艺为化镍浸金。

2. 分析方法简述

如图1和2所示，失效焊点断裂界面呈明显的脆性断口，失效焊盘镍层存在明显的开裂现象。通过切片分析，失效焊点主要开裂在IMC层与Ni层之间的界面处，失效焊点IMC层中Cu含量明显高于Ni含量。

图1.失效样品外观图片

图2.失效样品SEM图片

图3.失效焊点的切片图

表1. NG-3焊点切片EDS测试结果(Wt%)

3. 分析与讨论

该焊点失效界面为典型的铜扩散现象，正常的ENIG焊盘与焊料之间形成Ni3Sn4的IMC层，Ni层作为阻挡层，阻挡Cu向焊料扩散，亦或形成少量的（Cu，Ni）6Sn5的三元合金，当Ni层发生开裂时，Cu会沿裂缝向焊料急剧扩散，当Cu大量异常的向锡镍合金扩散时，必然改变IMC的结构和物理性能，其机械性能弱化，脆性增加而与Ni层的结合力减弱，在受到外力作用下，易发生开裂失效现象。SMT的高温和长时间回流焊及焊盘的Ni层开裂均有助于Cu扩散现象的发生。

本案焊点失效的主要原因为在SMT前，焊盘的Ni镀层存在开裂，致使在焊接过程中Cu向IMC层大量扩散，改变了IMC层的结构和物料特性，致使界面机械性能严重下降。