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【關(guān)鍵詞】上錫不良、掉件不良、 上錫異常、 EDS成分分析、焊錫脫落
【摘要】某PCBA燈飾產(chǎn)品SMT上件后出現(xiàn)LED燈珠脫落現(xiàn)象,通過表面金相觀察,斷面金相觀察,SEM觀察,EDS分析,可焊性試驗(yàn)等手段查找失效原因。PCBA樣品掉件位置全部發(fā)生在B面,A面為電阻、電容、IC等元器件分布,B面為LED燈珠分布。
1、案例背景
失效樣品為某型號燈飾PCBA板,該P(yáng)CB板經(jīng)過2次回流焊,掉件位置全部發(fā)生在B面(第二次上件面),樣品的失效率大概在百分之五左右。
2、分析方法簡述
2.1表面金相觀察
通過對PCBA樣品(B面未上件)進(jìn)行金相觀察(圖1) 發(fā)現(xiàn)掉件位置焊盤局部表面有發(fā)黑現(xiàn)象
圖1金相觀察
2.2 PCBA樣品(B面未上件)SEM觀察
對PCBA樣品(B面未上件)進(jìn)行表面SEM觀察(圖2),發(fā)現(xiàn)金面有點(diǎn)狀腐蝕現(xiàn)象。
圖2表面SEM觀察
2.3 PCBA樣品(B面未上件)褪金后SEM觀察
對PCBA樣品(B面未上件)褪金后進(jìn)行表面SEM觀察(圖3),發(fā)現(xiàn)鎳面有點(diǎn)狀腐蝕現(xiàn)象。
圖3 PCBA樣品(B面未上件)褪金后表面SEM觀察
2.4 PCBA樣品(B面未上件)與已過2次回流焊樣品 (非客戶提供樣品) 金面SEM觀察對比分析
PCBA樣品(B面未上件)金面(圖4)與對比樣品(對比樣品為非客戶提供樣品,已經(jīng)過2次回流焊)的金面(圖5)進(jìn)行對比,金面無明顯腐蝕現(xiàn)象。
圖4 PCBA樣品(B面未上件)金面SEM觀察 圖5對比樣品金面SEM觀察
2.5 PCBA樣品(B面未上件)與已過2次回流焊樣品 (非客戶提供樣品) 鎳面SEM觀察對比分析
PCBA樣品(B面未上件)鎳面(圖6)與對比樣品(對比樣品為非客戶提供樣品,已經(jīng)過2次回流焊)的鎳面(圖7)進(jìn)行對比,掉件位置焊盤鎳面有明顯的點(diǎn)狀腐蝕現(xiàn)象。
圖6掉件位置焊盤鎳面SEM觀察 圖7對比樣品鎳面SEM觀察
2.6 PCBA樣品(B面已上件)B面掉件位置表面SEM觀察
PCBA樣品(B面已上件)B面掉件位置進(jìn)行表面SEM觀察,發(fā)現(xiàn)表面無明顯焊錫殘留,并且觀察到龜裂的鎳面。(圖8)
圖8 B面掉件位置表面SEM觀察
2.7 PCBA樣品(B面已上件)B面掉件位置表面EDS分析
PCBA樣品(B面已上件)B面掉件位置進(jìn)行表面EDS分析,檢出“C”、“O”、“P”、“Ni”、“Zn”、“Sn”、“Pb”元素,未發(fā)現(xiàn)異常元素。(圖9)
圖9 B面掉件位置表面EDS分析
2.8 PCBA樣品(B面已上件)B面掉件位置斷面金相觀察
PCBA樣品(B面已上件)B面掉件位置進(jìn)行斷面金相觀察,發(fā)現(xiàn)焊盤表面無明顯焊錫殘留。(圖10)
圖10 B面掉件位置斷面金相觀察
2.9 PCBA樣品(B面已上件)B面掉件位置斷面SEM觀察
PCBA樣品(B面已上件)B面掉件位置進(jìn)行斷面SEM觀察,發(fā)現(xiàn)鎳層表面無明顯焊錫殘留,并且有鎳腐蝕現(xiàn)象,腐蝕深度為0.720μm,其中鎳厚2.920μm。(圖11)
圖11 B面掉件位置斷面SEM觀察
2.10 PCBA樣品(B面已上件)B面未掉件位置斷面金相觀察
PCBA樣品(B面已上件)B面未掉件位置進(jìn)行斷面金相觀察,未發(fā)現(xiàn)明顯異?,F(xiàn)象。(圖12)
圖12 B面未掉件位置斷面金相觀察
2.11 PCBA樣品(B面已上件)B面未掉件位置斷面SEM觀察
PCBA樣品(B面已上件)B面未掉件位置進(jìn)行斷面SEM觀察,發(fā)現(xiàn)IMC層底部有空洞現(xiàn)象,即IMC層不連續(xù),IMC層厚度為0~2.540μm;發(fā)現(xiàn)有鎳腐蝕現(xiàn)象,腐蝕深度為0.801μm,其中鎳厚3.100μm。(圖13)
圖13 B面未掉件位置斷面SEM觀察
2.12 PCBA樣品(B面未上件)B面焊盤可焊性試驗(yàn)
PCBA樣品(B面未上件)B面焊盤上使用客戶提供的錫膏進(jìn)行可焊性試驗(yàn),試驗(yàn)溫度為220℃(板面溫度),時(shí)間為1分鐘;對試驗(yàn)后的樣品進(jìn)行觀察,所進(jìn)行試驗(yàn)的2個(gè)位置的錫膏均能潤濕擴(kuò)散。(圖14)
圖14 PCBA樣品(B面未上件)B面可焊性試驗(yàn)
2.13 PCBA樣品(B面未上件)B面焊盤可焊性試驗(yàn)后斷面SEM觀察
PCBA樣品(B面未上件)B面可焊性試驗(yàn)后進(jìn)行斷面SEM觀察,觀察到IMC層形成連續(xù),IMC層厚度為0.340~1.600μm;發(fā)現(xiàn)有富磷層現(xiàn)象,富磷層厚度為0.349μm,其中鎳厚為4.800μm。(圖15)
圖15 PCBA樣品(B面未上件)B面可焊性試驗(yàn)后斷面SEM觀察
4、結(jié)論
1. 對掉件異常斷裂位置進(jìn)行斷面觀察,發(fā)現(xiàn)IMC層與鎳層位置分離,并對掉件后的焊盤表面觀察發(fā)現(xiàn)界面平整,有發(fā)黑現(xiàn)象;
2. 對異常產(chǎn)品未上件的焊盤表面觀察,發(fā)現(xiàn)金面有點(diǎn)狀腐蝕現(xiàn)象,并進(jìn)一步剝金觀察鎳面發(fā)現(xiàn)同樣存在點(diǎn)狀腐蝕現(xiàn)象;
3. 通過斷面觀察未掉件位置的IMC層狀況,發(fā)現(xiàn)IMC層不連續(xù)、IMC層底部有鎳腐蝕及空洞現(xiàn)象。
綜上所述,推測本次掉件的主要原因?yàn)镮MC層不連續(xù)、IMC層底部有鎳腐蝕及空洞現(xiàn)象,造成IMC層與鎳層結(jié)合力不足,從而造成本次不良。
5、建議
1. 側(cè)重排查PCB拆封后到焊接前過程中腐蝕物質(zhì)來源。
2. 確認(rèn)回流焊曲線參數(shù)。
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