在器件SMT（Surface Mounted Technology表面貼裝技術(shù)）的貼裝過程中，要形成一個優(yōu)質(zhì)的焊點，需要關(guān)注到多方面因素的綜合影響，而個別因素的異常，將直接導(dǎo)致焊點質(zhì)量不佳，嚴(yán)重時引發(fā)焊點虛焊、裂紋，造成器件后續(xù)脫落等缺陷。

本文以PCBA掉件缺陷的具體案例為例，通過對掉件區(qū)域的外部目檢、制樣鏡檢、SEM&EDS等手段，尋找出引起器件脫落的具體原因，幫助客戶進行工藝改進，減少不必要的成本耗損。

一、案例背景

某客戶通過SMT工藝焊接器件后發(fā)現(xiàn)存在焊點結(jié)合強度較低，器件易脫落的缺陷，委托廣電計量憑借專業(yè)的技術(shù)與設(shè)備分析其失效原因并借此改進工藝。

二、分析過程

1、外部目檢

樣品的外部目檢形貌可見脫落器件處的PCB焊盤表面發(fā)黑，脫落器件兩端焊點有較多焊錫殘留，且斷裂面顏色與焊盤相似。說明器件焊點斷裂端靠近PCB焊盤，結(jié)合PCB焊盤的電鍍工藝為化學(xué)鎳金，推測其缺陷與黑焊盤的相關(guān)性較大。

未焊接焊盤表面金層顏色異常，有較多深色區(qū)域參雜其中。

2、鎳腐蝕檢測

在掃描電鏡下觀察未焊接焊盤的金層，可見其表面粗糙，有較多凹陷紋路。使用去金水去除表面金層后，可見鎳層表面有大量被過度氧化腐蝕后形成的龜裂狀紋路。

3、制樣鏡檢

將掉件器件固封研磨后觀察焊點斷裂截面。

結(jié)果可見器件斷裂面為IMC底部，且IMC生長不均勻，焊盤鎳層表面有鎳腐蝕形貌。未掉落器件的焊點截面可見其IMC生長也不均勻，且在IMC底部出現(xiàn)多處伴隨鎳腐蝕痕跡的裂隙。

備注：IMC為金屬間化合物，英文全稱為Intermetallic Compound。，它是界面反應(yīng)的產(chǎn)物，也作為形成良好焊點的一個標(biāo)志。

4、成分分析

對掉件處的PCB焊盤表面及其截面進行成分分析檢測，結(jié)果未見異常元素，排出異常元素污染導(dǎo)致的器件掉落。磷元素含量顯示其為高磷范疇。

5、綜合分析

外部目檢可見掉件焊盤表面發(fā)黑，疑似鎳腐蝕導(dǎo)致的黑焊盤現(xiàn)象。通過對掉件處的PCB焊盤進行制樣鏡檢后可以看出鎳層存在多處鎳腐蝕跡象，PCB端的IMC生長不均勻且焊點斷裂區(qū)域為該IMC底部。

對未焊接焊盤進行剝金處理后可見鎳層表面存在明顯的鎳晶界腐蝕。對未掉落器件焊點進行制樣鏡檢后可見IMC生長仍不均勻，且鎳層存在多處鎳腐蝕形貌，部分鎳腐蝕處的鎳層和IMC層之間存在裂縫。成分分析結(jié)果顯示焊點斷裂面無異常元素，排出異常元素污染導(dǎo)致掉件。

綜上所述，樣品掉件原因推斷為焊盤鎳層在浸鍍金液時受到過度腐蝕導(dǎo)致鎳層表面氧化。焊接過程中低可焊性的氧化鎳無法與焊錫形成均勻連續(xù)的IMC，且易在IMC和鎳層之間出現(xiàn)焊點開裂現(xiàn)象。這將導(dǎo)致焊點結(jié)合強度下降，在機械應(yīng)力的作用下易脫離焊盤。

三、結(jié)論

樣品掉件原因為客戶的PCB焊盤鎳層有較多鎳腐蝕導(dǎo)致焊接后的器件焊點IMC不均勻且有裂隙產(chǎn)生，使焊點結(jié)合強度下降，在后續(xù)使用中收到機械應(yīng)力作用引發(fā)器件掉件。

四、給客戶的工藝改進建議

1.減小化鎳槽的壽命，控制磷含量。磷含量較低時，鎳層的抗蝕性較差，而磷含量較高時，需要注意富磷層的危害。針對現(xiàn)有情況，可以適當(dāng)提高磷含量，在鎳腐蝕結(jié)果得到改善的同時評估是否會產(chǎn)生富磷層危害。

2.建議客戶增加對鎳層厚度的監(jiān)控，使鎳層厚度至少控制在4μm以上，一定厚度的鎳層可以使其表面平坦，減少凹槽的形成，降低金液對鎳晶界的攻擊。

3.建議客戶將金層厚度控制在0.1μm以內(nèi)，較薄的金層可以減小鍍金的浸泡時間，同時也降低了金脆風(fēng)險。但需要確保金層對鎳層的保護作用在可接受范圍內(nèi)。

五、結(jié)果

客戶按照我們的建議更換了使用時間較長的鍍金液，減少了浸泡時間。最終焊盤鎳層的腐蝕情況有所改善，大大減少了后續(xù)掉件的情況，節(jié)約了后續(xù)風(fēng)險處理的費用。

六、關(guān)于廣電計量半導(dǎo)體服務(wù)

廣電計量在全國設(shè)有元器件篩選及失效分析實驗室，形成了以博士、專家為首的技術(shù)團隊，構(gòu)建了元器件國產(chǎn)化驗證與競品分析、集成電路測試與工藝評價、半導(dǎo)體功率器件質(zhì)量提升工程、車規(guī)級芯片與元器件AEC-Q認證、車規(guī)功率模塊AQG324認證等多個技術(shù)服務(wù)平臺、滿足裝備制造、航空航天、汽車、軌道交通、5G通信、光電器件與傳感器等領(lǐng)域的電子產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的需求。

七、我們的服務(wù)優(yōu)勢

●配合工信部牽頭“面向集成電路、芯片產(chǎn)業(yè)的公共服務(wù)平臺建設(shè)項目”“面向制造業(yè)的傳感器等關(guān)鍵元器件創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化公共服務(wù)平臺”等多個項目；

●在集成電路及SiC領(lǐng)域是技術(shù)能力最全面、知名度最高的第三方檢測機構(gòu)之一，已完成MCU、AI芯片、安全芯片等上百個型號的芯片驗證；

●在車規(guī)領(lǐng)域擁有AEC-Q及AQG324全套服務(wù)能力，獲得了近50家車廠的認可，出具近300份AEC-Q及AQG324報告，助力100多款車規(guī)元器件量產(chǎn)。