焊点失效分析技术与案例.ppt

焊点失效分析技术及案例 PCBA PrintedCircuitBoardAssembly印制电路组件 1 0PCBA焊点可靠性的位置与作用 互连可靠性 焊点可靠性 元器件可靠性 压接绑定 其它 PCB可靠性 电子电器核心 Source U S AirForceAvionicsIntegrityProgram 1 1导致PCBA互连失效的主要的环境原因 主要失效模式 假焊虚焊 疲劳寿命低 机械强度低 腐蚀 其他 1 2PCBA焊点的主要失效模式 1 3PCBA焊点形成过程与影响因素 焊点形成的基本过程 润湿 扩散 冶金化 最关键步骤 影响因素 PCB 元器件 焊料 焊剂设备 工艺参数 焊接温度 焊接时间 冷却时间 焊接温度 焊接时间 q slg sls sgs Pad DevicePCB 1 3 1焊点形成的关键 润湿过程分析 1 4PCBA焊点的主要失效机理 1 SolderJointStress StrainfromThermalCycles 1 4PCBA焊点的主要失效机理 2 SolderJointStress StrainfromVibration 1 5PCBA焊点的主要失效原因分析 2 0失效分析的基本方法与程序 1 收集分析与失效有关的文件资料及背景材料在立体显微镜下检查PCBA 记录任何异常现象 可疑的焊点 机械损伤 变色 污染或腐蚀等 从电性能的角度确定失效以及失效的部位普通显微镜观察不到的部位 通常需要X射线透视检查 失效定位 失效机理分析 失效原因分析 报告 无损分析 破坏性分析 与线路板相关的失效一般作破坏性的金相切片分析 寻找失效根源与元器件相关的失效通常需要开封分析与切片分析而与污染 腐蚀导致的失效通常无需开封与切片分析SEM EDS分析进一步确认失效的根源 元素分析可以揭示化学与材料的影响因素FT IR显微镜确证导致污染或腐蚀失效的污染物的组成及其来源综合分析各分析结果与背景材料 形成初步结论进行必要的验证试验 如元器件与PCB的可焊性测试等 形成最终结论 编制报告 2 0失效分析的基本方法与程序 2 2 1PCBA焊点失效分析的注意事项 不要随意回流那些可疑失效元器件的焊点不要使用机械或电气的探头企图拟合开路的焊点与PCB通孔不要污染或损伤样品 保护现场 3 0焊点失效分析技术 1 外观检查VisualInspection2 X射线透视检查X RayInspection3 金相切片分析MicrosectionInspection4 扫描超声显微镜检查C SAMInspection5 红外热相分析IR ThermalImage6 红外显微镜分析FT IRMicroscopy7 能谱与扫描电镜分析EDX SEM8 染色与渗透检测技术Dye PryTesting 1 润湿角2 失效部位3 批次或个别4 焊点表面颜色 3 1外观检查VisualInspection 失效定位模式初判 主要工具 立体显微镜 金相显微镜 光学显微镜 3 2X射线透视检查X RayInspection 1 焊点内部缺陷检查2 通孔内部缺陷3 密集封装BGA CSP缺陷焊点定位4 PCB缺陷定位 失效定位模式判定 主要设备 FeinfocusX rayInspectionSystem FXS 160 403DX检测 分辨率 1微米 3 2 1X rayInspection失效定位举例 开路 x x x x x BGA 高放大倍率下双精度斜面观察 开路的焊接点 X 3 2 2X RayInspection失效定位举例 桥联 x x x x ABGA1020 32x32 自动标识焊接连桥 3 2 3X RayInspection失效定位举例 润湿不良 x x x x x 多样的隆起直径和差的浸润 3 3金相切片分析MicrosectionInspection 取样镶嵌切片抛磨腐蚀观察 方法与步骤 仪器设备 取样机 或慢锯 抛磨机 金相显微镜材料 环氧树脂 蚀刻液 抛光膏依据 IPC TM 6502 1 1 BGA焊点失效 3 3 1金相切片分析举例 1 金属化孔失效 3 3 1金相切片分析举例 2 3 4扫描超声显微镜检查C SAMInspection 1 无铅工艺制程中元器件封装内部缺陷 分层 空洞 裂纹 检查2 FCOB倒装焊点空洞以及微裂纹分析 失效定位模式判定 利用高频超声波在材料不连续界面上反射产生的位相及振幅变化来成像 Delamination 3 5红外热相分析IR ThermalImage 1 PCBA温度分布分析2 模块温度分布分析 温度过高 过低部位的焊点往往是虚焊或开路 失效定位模式判定 3 6红外显微镜分析FT IRMicroscopy 1 焊点表面 有机 污染物分析 分析腐蚀失效原因 2 可焊性不良的焊盘表面有机污染物分析 分析焊点开路或虚焊的深层次原因 失效原因分析 金手指有机沾污 3 7能谱与扫描电镜分析EDX SEM 1 焊点金相组织观察与成分分析2 可焊性不良的焊盘表面污染物分析 分析焊点开路或虚焊的深层次原因 失效原因分析 Ni层 EDX SEM FPC pad镍镀层开裂分析 3 8染色与渗透检测技术Dye PryTesting DyeInkPenetrantInspection 方法与步骤 取样 BGA 溶剂清洗 染色 加红墨水 低压 干燥后垂直分离器件与PCB 检查与纪录 ImpactDirection ImpactDirection TheResultsShowninMapping 裂纹焊点 红色 Partiallycrackedbutstillconductivepriortotesting Cracked openpriortotesting Component PCB FA Case1 MP3主板焊点脱落原因分析FA Case2 FPC焊盘失效分析 1853 FA Case3 CMOS CS焊点开路失效分析 1773 FA Case4 主板THT焊点不良分析 1727 FA Case5 PCBA PLCC焊点腐蚀失效分析 1776 FA Case6 PHS手机PCBA短路失效分析 1636 FA Case7 PCB金手指污染腐蚀分析 1690 FA Case8 XXXModule综合分析 1742 4 失效案例分析 4 1MP3主板焊点脱落原因分析 1 焊点脱落的焊盘 样品描述 4 1MP3主板焊点脱落原因分析 2 二外观检查 焊点已脱落的焊盘 对应的未焊接焊盘 三金相切片 典型的翼型引脚焊点切片 焊膏润湿性试验OK 4 1MP3主板焊点脱落原因分析 3 四金镀层质量分析 ENIGFinishPadAu Coating的外观SEM形貌 裂缝 空隙 4 1MP3主板焊点脱落原因分析 4 五镍镀层质量分析01 蚀刻掉金镀层的焊盘的SEM照片 金镀层蚀刻后出现的 黑焊盘 现象 Au Ni 4 1MP3主板焊点脱落原因分析 5 六镍镀层质量分析02 镍镀层的组成EDX分析 P含量偏低 4 1MP3主板焊点脱落原因分析 6 分析结论 PCB焊盘金镀层和镍镀层结构不够致密 表面存在裂缝 空气中的水份容易进入以及浸金工艺中的酸液容易残留在镍镀层中 同时镍镀层磷含量偏低 导致了镀层耐酸腐蚀性能差 容易发生氧化腐蚀变色 出现 黑焊盘 现象 使镀层可焊性变差 通常作为可焊性保护性涂覆层的金镀层在焊接时会完全溶融到焊料中 而镍镀层由于可焊性差不能与焊料形成良好的金属间化合物 最终导致元器件因焊点强度不足而容易从PCB板面脱落 4 1MP3主板焊点脱落原因分析 7 4 2手机主板焊点失效案例分析 4 2 1样品描述 4 2 2立体显微镜外观检查 4 2 3X ray检查 4 2 4Dye Pry检查 4 2 5金相切片分析 1 4 2 5金相切片分析 2 4 2 6可焊性试验 4 2 7SEM EDX分析 4 2 8Pad的SEM分析 2 NiCoating AuCoating NiCoating 4 2 9黑焊盘的典型特征 4 2 10分析结