印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
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同样的焊料,为何我的IMC层又失效?

发布时间: 2025-03-26 00:00
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某PCBA贴片后热压焊端子线轻拉即脱落,电容/电阻元件轻微施压也会掉件。未焊接的同批次SET板存在上锡不良现象。现对3pcs失效样品进行一系列的测试分析,查找PCBA焊点焊接不良的根本原因。


1.外观检查

选取3处典型不良焊点,进行光学检查,结果如图1所示:多数不良焊点焊盘表面存在明显润湿不良现象,焊盘颜色发黑异常,个别焊点脱开,脱开界面焊盘侧颜色发黑。

外观检查

2.表面分析

NG1:如图2所示,焊盘润湿不良位置表面平整,局部存在焊锡及助焊剂残留现象;润湿不良表面含有C、O、P、Sn、Ni元素,焊锡残留位置含有C、O、Ag、Sn、Ni、Cu元素,助焊剂残留位置含有C、O、Sn、Ni元素,均未见异常元素存在,排除污染对焊盘润湿不良的影响。

NG2、NG3:润湿不良位置形貌与NG1类似,成分含有C、O、P、Sn、Ni元素,未见异常元素存在。

表面分析

表面分析




3.剖面分析

NG1:如图3所示,切片结果显示:不良焊盘切片后,焊锡残留位置及未残留位置,都发现不润湿现象;放大观察后,不润湿位置存在明显的连续性镍腐蚀异常;Ni层P含量为6.2wt%。

NG2、NG3:切片结果与NG1结果类似,不润湿位置同样发现连续性镍腐蚀异常。

剖面分析

剖面分析




4.分析与总结

综上所述:PCBA焊点焊接不良的原因主要与连续性Ni层腐蚀有关,Ni层腐蚀后,焊接过程中,Au层迅速熔融焊锡中,而作为焊接基底的Ni层无法与焊锡形成有效的冶金结合,即IMC层,最终导致焊点润湿不良的发生。

Ni层腐蚀主要是因为PCB焊盘在浸金过程中,镍层表面遭受过度氧化反应。大体积的金原子不规则沉积,及其粗糙晶粒之稀松多孔,造成底下镍层持续发生『化学电池效应』(Galvanic effect),进而使得镍层不断发生氧化,导致在金面下生成未能溶解的镍锈持续累积而成。

总结:PCBA焊点焊接不良的原因主要与PCB焊盘Ni层发生了连续性镍腐蚀有关,导致基底Ni层无法与焊锡生成有效的冶金结合,即IMC层,最终导致焊点润湿不良的发生。

5.建议

增加PCB物料来料质量管控,如可焊性验证测试,避免异常物料流入生产。



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