引言

因結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝缺陷等原因，導(dǎo)致MOS管焊接不良，進(jìn)而導(dǎo)致組件導(dǎo)熱性能不良，影響整體設(shè)備的運(yùn)行，降低產(chǎn)品使用可靠性。本文以MOS管組件焊接不良為例，通過顯微分析、切片分析、成分分析等方法，分析其焊接不良原因，并提出改善建議。

一、案例背景

模塊在汽車空調(diào)箱中工作，調(diào)速模塊突然提前溫?，F(xiàn)象（模塊未達(dá)到技術(shù)要求溫度時就提前停止工作），導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)無法工作。經(jīng)過初步分析，MOS管組件內(nèi)部焊接不良影響 MOS管與銅板熱傳遞，使 MOS管工作時的熱量不能有效的傳遞到銅板上。現(xiàn)進(jìn)行測試分析，查找其焊接不良原因。

二、分析過程

1. 外觀檢查

對失效組件及正常組件焊點(diǎn)外觀進(jìn)行光學(xué)檢查。失效組件及正常組件焊點(diǎn)潤濕完好，器件側(cè)及銅板側(cè)未見明顯潤濕不良現(xiàn)象。失效組件MOS管外側(cè)發(fā)現(xiàn)明顯溢錫現(xiàn)象，正常組件未見異?，F(xiàn)象。

圖1. 失效組件及正常組件焊點(diǎn)外觀檢查照片

2. 剖面分析+顯微分析+成分分析

為了確認(rèn)焊點(diǎn)內(nèi)部焊接是否存在不良，對失效組件及正常組件焊點(diǎn)切片后，利用SEM+EDS對切片后截面進(jìn)行觀察分析，結(jié)果如下：

NG組件：如焊接區(qū)域存在大面積的空洞，空洞所占比例大于50%。焊接界面兩側(cè)金屬間化合物IMC生成連續(xù)，器件側(cè)及銅板側(cè)均未發(fā)現(xiàn)潤濕不良現(xiàn)象，排除界面潤濕不良對焊點(diǎn)成型不良的影響；

圖2. NG組件焊點(diǎn)切片后截面SEM圖片及EDS能譜圖

OK組件：焊接區(qū)域局部同樣存在空洞，但空洞面積較失效組件大幅減小。焊接界面金屬間化合物IMC生成連續(xù)，界面無潤濕不良現(xiàn)象。

圖3. OK組件焊點(diǎn)切片后截面SEM圖片及EDS能譜圖

3. 剝離分析+顯微分析+成分分析

為了觀察失效組件焊點(diǎn)內(nèi)部狀況，將失效組件焊點(diǎn)機(jī)械剝離后，利用SEM+EDS對剝離界面進(jìn)行分析。

失效組件器件剝離后，界面大面積無明顯焊錫殘留，結(jié)果與剖面分析結(jié)果完全一致。無焊錫殘留區(qū)域除發(fā)現(xiàn)大量助焊劑殘留外，未發(fā)現(xiàn)異常元素存在。

以上結(jié)果表明，組件焊點(diǎn)不良原因排除異物影響，主要與焊點(diǎn)內(nèi)部助焊劑無法及時排出有關(guān)。

圖4. NG組件焊點(diǎn)剝離后界面SEM圖片及EDS能譜圖

三、總結(jié)分析

外觀檢查發(fā)現(xiàn)，失效組件及正常組件焊點(diǎn)潤濕完好，器件側(cè)及銅板側(cè)未見明顯潤濕不良。失效組件MOS管外側(cè)發(fā)現(xiàn)明顯溢錫現(xiàn)象，正常組件未見溢錫現(xiàn)象。

剖面分析結(jié)果顯示，失效組件焊接區(qū)域空洞率高于50%，焊接界面金屬間化合物IMC生成連續(xù)，器件側(cè)及銅板側(cè)均未發(fā)現(xiàn)潤濕不良現(xiàn)象，排除界面潤濕不良對焊接成型不良的影響；正常組件空洞率則明顯降低。焊接空洞不利于熱量的傳遞，故導(dǎo)致晶元結(jié)溫升高，導(dǎo)致溫度保護(hù)啟動。

為了觀察焊點(diǎn)內(nèi)部狀況，對失效組件焊點(diǎn)進(jìn)行剝離觀察，結(jié)果顯示：失效焊點(diǎn)剝離界面發(fā)現(xiàn)大面積無焊錫殘留現(xiàn)象，即空洞區(qū)域。無焊錫殘留區(qū)域發(fā)現(xiàn)大量助焊劑殘留。正常情況下，焊接過程中助焊劑會氣化揮發(fā)，如果焊接過程不利于氣體溢出，那么在焊接區(qū)域就會形成大面積孔洞，甚至將焊錫擠出。

本案屬于典型的大焊盤焊接工藝問題，與物料本身工藝適應(yīng)性無關(guān)。

四、結(jié)論與建議

組件導(dǎo)熱性能不良的原因為窄間隙焊接過程中，助焊劑揮發(fā)產(chǎn)生氣體無法及時排出，導(dǎo)致熔融焊錫被氣體吹出焊點(diǎn)而形成大面積空洞缺陷，最終影響傳熱效率。此失效為工藝不良所致。

改善建議

窄間隙焊接，建議采用預(yù)置焊片焊接工藝或真空焊接工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)貼片回流焊工藝；優(yōu)化鋼網(wǎng)開孔方式可以在一定程度上降低空洞率。

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