器件立碑虛焊不良分析與建議 | PCBA開(kāi)路失效分析

 

立碑一般通常發(fā)生在CHIP元件，目前的話主要是0201和01005。立碑的現(xiàn)象產(chǎn)生是由于元件兩端焊盤上的焊膏在回流熔化時(shí)，元件兩個(gè)焊端的表面張力不平衡，張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉(zhuǎn)而致。

本文將詳解與器件立碑虛焊不良的相關(guān)案例，通過(guò)剖面觀察、剝離分析、Profile曲線分析等方法，分析其立碑原因及機(jī)理，并提出改善建議。

 

背景

 

某PCBA出現(xiàn)開(kāi)路失效，表現(xiàn)為貼片電感器件立碑虛焊。PCB的焊盤表面處理工藝為ENIG，器件焊端表面處理工藝為電鍍錫。

委托方提供5pcs NG PCBA（X627-1、X627-2、X627-3、X621、X629）、30pcs器件原物料。

 

測(cè)試分析

 

1 外觀檢查及缺陷規(guī)律性

 

利用體視顯微鏡對(duì)立碑器件進(jìn)行光學(xué)檢查，結(jié)果如下：

 

如圖1-2所示，5pcs NG PCBA均發(fā)現(xiàn)0201器件立碑不良，3pcs發(fā)生在X627位置，立碑方向一致，另外2pcs分別發(fā)生在X621和X629位置。

 

圖1 NG器件立碑分布區(qū)域及立碑方向統(tǒng)計(jì)

 

圖2 立碑器件外觀檢查典型照片

 

2 剝離分析

為了觀察立碑器件底部是否存在污染等異常，將立碑器件剝離后，對(duì)立碑一端剝離界面進(jìn)行形貌觀察及成分分析，結(jié)果如下：

清洗前：如圖3及表1-2所示，剝離界面主要為助焊劑殘留（助焊劑殘留主要含有C、O、Sn元素），未發(fā)現(xiàn)異常元素存在，排除界面污染對(duì)立碑的影響。

清洗后：如圖4及表3-4所示，剝離界面主要含有C、O、Sn、Ni及少量Cu元素，成分正常。

 

圖3 NG PCBA(X627-2)立碑焊點(diǎn)剝離后界面（清洗前）SEM圖片

 

 

 

圖4 NG PCBA（X627-2）立碑焊點(diǎn)剝離后界面（清洗后）SEM圖片

 

 

 

3 剖面分析

 

將立碑焊點(diǎn)切片后，利用SEM+EDS對(duì)截面進(jìn)行觀察分析，結(jié)果如圖5及表5-6所示：

器件底部存在大量助焊劑殘留現(xiàn)象，立碑端未發(fā)現(xiàn)異常元素存在，進(jìn)一步排除界面污染對(duì)器件立碑的影響。立碑端底部發(fā)現(xiàn)完整純錫層，排除鍍錫層厚度不足對(duì)器件立碑的影響。

 

圖5 NG PCBA（X627-3）立碑焊點(diǎn)切片后截面SEM圖片

 

 

 

4 原物料分析

 

分別對(duì)器件焊端進(jìn)行表面分析和剖面分析，結(jié)果如下：

表面分析：如圖6及表7所示，器件焊端表面放大后，形貌未見(jiàn)異常。成分測(cè)試結(jié)果顯示，表面主要為Sn元素，未發(fā)現(xiàn)異常元素存在。

剖面分析：如圖7及表8所示，器件焊端鍍錫層完整，厚度在2.53um~2.83um之間。

以上結(jié)果顯示，器件原物料焊端表面未見(jiàn)異常，鍍層厚度滿足要求，基本排除器件焊端上錫不良對(duì)立碑的影響。

 

圖6 原物料焊端表面SEM圖片

 

 

圖7 原物料焊端切片后截面SEM圖片

 

 

5 尺寸測(cè)量分析

 

對(duì)立碑器件切片后截面尺寸進(jìn)行測(cè)量觀察，結(jié)果如圖8所示,發(fā)現(xiàn)立碑器件起翹端尺寸較正常端，未發(fā)現(xiàn)偏小現(xiàn)象，排除器件焊端大小及焊盤大小對(duì)立碑的影響。

立碑器件切片截面圖可知，焊端內(nèi)距明顯大于焊盤內(nèi)距，焊端內(nèi)距與焊盤內(nèi)距匹配性較差。

 

圖8 立碑器件切片后截面尺寸測(cè)量結(jié)果

 

對(duì)器件原物料內(nèi)距及PCB焊盤內(nèi)距進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如圖9所示,器件內(nèi)距遠(yuǎn)大于焊盤內(nèi)距，二者內(nèi)距匹配性較差，容易導(dǎo)致立碑異常。

 

圖9 器件原物料焊端內(nèi)距及PCB焊盤內(nèi)距測(cè)量圖片

 

6 可焊性測(cè)試

 

參考標(biāo)準(zhǔn)IPC J-STD-002C 2008元器件引線、端子、焊片、接線柱和導(dǎo)線的可焊性測(cè)試對(duì)器件原物料焊端進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：

由圖10所示，器件焊端上錫性雖然滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但是個(gè)別曲線T0（過(guò)零時(shí)間）、T1（潤(rùn)濕上升時(shí)間）及Fmax（最大潤(rùn)濕力）存在明顯差異，說(shuō)明器件焊端上錫能力存在差異。

 

圖10 器件原物料焊端上錫性測(cè)試曲線

 

7 Profile 曲線分析

 

參考標(biāo)準(zhǔn)IPC/JEDEC J-STD-020E 2014非密封固態(tài)表面貼裝元件濕度/回流焊敏感度分級(jí)中對(duì)無(wú)鉛回流溫度要求,如圖11所示，實(shí)際回流曲線滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)無(wú)鉛回流焊接要求。

 

圖11 Profile曲線

 

結(jié)論與建議

 

結(jié)論：

器件立碑的原因主要跟以下兩個(gè)因素有關(guān)：

①器件內(nèi)距與焊盤內(nèi)距匹配性差；

②器件焊端上錫能力存在差異。

 

建議：

1. 鋼網(wǎng)內(nèi)切，使鋼網(wǎng)內(nèi)距小于器件內(nèi)距10um；

2. 將3、4、5、6、7溫區(qū)的下溫區(qū)各增加15℃，上溫區(qū)各降低5℃，并將7溫區(qū)拉升至210℃，減小7、8溫區(qū)溫差。

 

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