焊點失效分析技術(shù)與案例ppt課件

1、焊點失效分析技術(shù)及案例,PCBA (Printed Circuit Board Assembly 印制電路組件 ),1.0 PCBA焊點可靠性的位置與作用,互連可靠性,焊點可靠性,元器件可靠性,壓接綁定（其它）,PCB可靠性,電子電器核心,Source: U.S. Air Force Avionics Integrity Program,1.1 導(dǎo)致PCBA互連失效的主要的環(huán)境原因,主要失效模式,假焊虛焊,疲勞壽命低,機(jī)械強(qiáng)度低,腐蝕,其他,1.2 PCBA焊點的主要失效模式,1.3 PCBA焊點形成過程與影響因素,焊點形成的基本過程,潤濕,擴(kuò)散,冶金化,最關(guān)鍵步驟，影響因素：PCB、元器件、

2、焊料、焊劑設(shè)備、工藝參數(shù),焊接溫度、焊接時間、冷卻時間,焊接溫度、焊接時間,q,slg,sls,sgs,Pad(Device PCB),1.3.1 焊點形成的關(guān)鍵潤濕過程分析,1.4 PCBA焊點的主要失效機(jī)理（1）,Solder Joint Stress / Strain from Thermal Cycles,1.4 PCBA焊點的主要失效機(jī)理（2）,Solder Joint Stress / Strain from Vibration,1.5 PCBA焊點的主要失效原因分析,2.0 失效分析的基本方法與程序（1）,收集分析與失效有關(guān)的文件資料及背景材料 在立體顯微鏡下檢查PCBA，記錄任

3、何異常現(xiàn)象（可疑的焊點、機(jī)械損傷、變色、污染或腐蝕等） 從電性能的角度確定失效以及失效的部位 普通顯微鏡觀察不到的部位，通常需要X射線透視檢查,失效定位,失效機(jī)理分析,失效原因分析,報告,無損分析,破壞性分析,與線路板相關(guān)的失效一般作破壞性的金相切片分析，尋找失效根源 與元器件相關(guān)的失效通常需要開封分析與切片分析 而與污染、腐蝕導(dǎo)致的失效通常無需開封與切片分析 SEM/EDS分析進(jìn)一步確認(rèn)失效的根源，元素分析可以揭示化學(xué)與材料的影響因素 FTIR顯微鏡確證導(dǎo)致污染或腐蝕失效的污染物的組成及其來源 綜合分析各分析結(jié)果與背景材料，形成初步結(jié)論 進(jìn)行必要的驗證試驗（如元器件與PCB的可焊性測試等）

4、形成最終結(jié)論，編制報告,2.0 失效分析的基本方法與程序（2）,2.1 PCBA焊點失效分析的注意事項,不要隨意回流那些可疑失效元器件的焊點 不要使用機(jī)械或電氣的探頭企圖擬合開路的焊點與PCB通孔 不要污染或損傷樣品 保護(hù)現(xiàn)場！,3.0 焊點失效分析技術(shù),1.外觀檢查 Visual Inspection 2.X射線透視檢查 XRay Inspection 3.金相切片分析 Microsection Inspection 4.掃描超聲顯微鏡檢查 CSAM Inspection 5.紅外熱相分析 IRThermal Image 6.紅外顯微鏡分析 FTIR Microscopy 7.能譜與掃描電鏡

5、分析 EDX& SEM 8.染色與滲透檢測技術(shù)Dye & Pry Testing,1.潤濕角 2.失效部位 3.批次或個別 4.焊點表面顏色,3.1 外觀檢查 Visual Inspection,失效定位 模式初判,主要工具：立體顯微鏡、金相顯微鏡、光學(xué)顯微鏡,3.2 X射線透視檢查 XRay Inspection,1.焊點內(nèi)部缺陷檢查 2.通孔內(nèi)部缺陷 3.密集封裝BGA、CSP缺陷焊點定位 4.PCB缺陷定位,失效定位 模式判定,主要設(shè)備：Feinfocus X-ray Inspection System : FXS-160.40 3DX檢測，分辨率 1微米,3.2.1 Xray Insp

6、ection失效定位舉例開路,x,x,x,x,x,BGA:高放大倍率下雙精度斜面觀察. 開路的焊接點（X）,3.2.2 XRay Inspection失效定位舉例橋聯(lián),x,x,x,x,A BGA 1020 (32x32) 自動標(biāo)識焊接連橋,3.2.3 XRay Inspection失效定位舉例潤濕不良,x,x,x,x,x,多樣的隆起直徑和差的浸潤,3.3 金相切片分析 Microsection Inspection,取樣 鑲嵌 切片 拋磨 腐蝕 觀察,方法與步驟,儀器設(shè)備：取樣機(jī)（或慢鋸）、拋磨機(jī)、金相顯微鏡 材料： 環(huán)氧樹脂、蝕刻液、拋光膏 依據(jù)：IPCTM650 2.1.1,BGA焊點失效

7、,3.3.1 金相切片分析舉例（1）,金屬化孔失效,3.3.1 金相切片分析舉例（2）,3.4 掃描超聲顯微鏡檢查 CSAM Inspection,1.無鉛工藝制程中元器件封裝內(nèi)部缺陷（分層、空洞、裂紋）檢查 2.FCOB倒裝焊點空洞以及微裂紋分析,失效定位 模式判定,利用高頻超聲波在材料不連續(xù)界面上反射產(chǎn)生的位相及振幅變化來成像,Delamination,3.5 紅外熱相分析 IRThermal Image,1.PCBA溫度分布分析 2.模塊溫度分布分析 （溫度過高、過低部位的焊點往往是虛焊或開路）,失效定位 模式判定,3.6 紅外顯微鏡分析 FTIR Microscopy,1.焊點表面（有

8、機(jī)）污染物分析（分析腐蝕失效原因） 2.可焊性不良的焊盤表面有機(jī)污染物分析 （分析焊點開路或虛焊的深層次原因）,失效原因 分析,金手指有機(jī)沾污,3.7 能譜與掃描電鏡分析 EDX& SEM,1.焊點金相組織觀察與成分分析 2.可焊性不良的焊盤表面污染物分析 （分析焊點開路或虛焊的深層次原因）,失效原因分析,Ni 層,EDX,SEM,FPCpad鎳鍍層開裂分析,3.8 染色與滲透檢測技術(shù)Dye & Pry Testing,Dye Ink Penetrant Inspection,方法與步驟,取樣（BGA）,溶劑清洗,染色（加紅墨水低壓）,干燥后垂直分離器件與PCB,檢查與紀(jì)錄,Impact Di

9、rection,Impact Direction,The Results Shown in Mapping,裂紋焊點 （紅色）,Partially cracked but still conductive prior to testing,Cracked/open prior to testing,Component,PCB,FACase1: MP3主板焊點脫落原因分析 FACase2：FPC焊盤失效分析（1853） FACase3：CMOS/CS 焊點開路失效分析（1773） FACase4：主板THT焊點不良分析（1727） FACase5：PCBAPLCC焊點腐蝕失效分析（1776） F

10、ACase6：PHS手機(jī)PCBA短路失效分析（1636） FACase7：PCB金手指污染腐蝕分析（1690） FACase8：XXX Module綜合分析 （1742）,4. 失效案例分析,4.1 MP3主板焊點脫落原因分析(1),焊點脫落的焊盤,樣品描述,4.1 MP3主板焊點脫落原因分析(2),二 外觀檢查,焊點已脫落的焊盤,對應(yīng)的未焊接焊盤,三 金相切片,典型的翼型引腳焊點切片,焊膏潤濕性試驗 OK,4.1 MP3主板焊點脫落原因分析(3),四金鍍層質(zhì)量分析,ENIG Finish Pad AuCoating的外觀SEM形貌,裂縫,空隙,4.1 MP3主板焊點脫落原因分析(4),五鎳鍍

11、層質(zhì)量分析01,蝕刻掉金鍍層的焊盤的SEM照片,金鍍層蝕刻后出現(xiàn)的“黑焊盤”現(xiàn)象,Au,Ni,4.1 MP3主板焊點脫落原因分析(5),六鎳鍍層質(zhì)量分析02,鎳鍍層的組成EDX分析（P含量偏低）,4.1 MP3主板焊點脫落原因分析(6),分析結(jié)論,PCB焊盤金鍍層和鎳鍍層結(jié)構(gòu)不夠致密，表面存在裂縫，空氣中的水份容易進(jìn)入以及浸金工藝中的酸液容易殘留在鎳鍍層中；同時鎳鍍層磷含量偏低，導(dǎo)致了鍍層耐酸腐蝕性能差，容易發(fā)生氧化腐蝕變色，出現(xiàn) “黑焊盤”現(xiàn)象，使鍍層可焊性變差。通常作為可焊性保護(hù)性涂覆層的金鍍層在焊接時會完全溶融到焊料中，而鎳鍍層由于可焊性差不能與焊料形成良好的金屬間化合物，最終導(dǎo)致元器件因焊點強(qiáng)度不足而容易從PCB板面脫落。,4.1 MP3主板焊點脫落原因分析(7),4.2 手機(jī)主板焊點失效案例分析,4.2.1樣品描述,4.2.2立體顯微鏡外觀檢查,4.2.3 Xray 檢查,4.2.4 Dye & Pry 檢查,4.2.5 金相切片分析(1),4.2.5 金相切片分析(2),4.2.6 可焊性試驗,4.2.7 SEM & EDX分析,4.2.8 Pad 的SEM 分析（2）,Ni Coating,Au Coating,Ni Coating,4.2.9 黑焊盤的典型特征,4.2.10 分析