电子产品失效分析

【摘要】某PCBA灯饰产品SMT上件后出现LED灯珠脱落现象，通过表面金相观察，断面金相观察，SEM观察，EDS分析，可焊性试验等手段查找失效原因。PCBA样品掉件位置全部发生在B面，A面为电阻、电容、IC等元器件分布，B面为LED灯珠分布。

1、案例背景

失效样品为某型号灯饰PCBA板，该PCB板经过2次回流焊，掉件位置全部发生在B面(第二次上件面)，样品的失效率大概在百分之五左右。

2、分析方法简述

2.1表面金相观察

通过对PCBA样品（B面未上件）进行金相观察(图1) 发现掉件位置焊盘局部表面有发黑现象

               图1金相观察

2.2 PCBA样品（B面未上件）SEM观察

对PCBA样品（B面未上件）进行表面SEM观察(图2)，发现金面有点状腐蚀现象。

                图2表面SEM观察

2.3 PCBA样品（B面未上件）褪金后SEM观察

对PCBA样品（B面未上件）褪金后进行表面SEM观察(图3)，发现镍面有点状腐蚀现象。

  图3 PCBA样品（B面未上件）褪金后表面SEM观察

2.4 PCBA样品（B面未上件）与已过2次回流焊样品 (非客户提供样品) 金面SEM观察对比分析

PCBA样品（B面未上件）金面(图4)与对比样品（对比样品为非客户提供样品，已经过2次回流焊）的金面(图5)进行对比，金面无明显腐蚀现象。

图4 PCBA样品（B面未上件）金面SEM观察        图5对比样品金面SEM观察

2.5 PCBA样品（B面未上件）与已过2次回流焊样品 (非客户提供样品) 镍面SEM观察对比分析

PCBA样品（B面未上件）镍面(图6)与对比样品（对比样品为非客户提供样品，已经过2次回流焊）的镍面(图7)进行对比，掉件位置焊盘镍面有明显的点状腐蚀现象。

图6掉件位置焊盘镍面SEM观察               图7对比样品镍面SEM观察

2.6 PCBA样品（B面已上件）B面掉件位置表面SEM观察

PCBA样品（B面已上件）B面掉件位置进行表面SEM观察，发现表面无明显焊锡残留，并且观察到龟裂的镍面。(图8)

     图8 B面掉件位置表面SEM观察

2.7 PCBA样品（B面已上件）B面掉件位置表面EDS分析

PCBA样品（B面已上件）B面掉件位置进行表面EDS分析，检出“C”、“O”、“P”、“Ni”、“Zn”、“Sn”、“Pb”元素，未发现异常元素。(图9)

                         图9  B面掉件位置表面EDS分析

2.8 PCBA样品（B面已上件）B面掉件位置断面金相观察

PCBA样品（B面已上件）B面掉件位置进行断面金相观察，发现焊盘表面无明显焊锡残留。(图10)

       图10  B面掉件位置断面金相观察

2.9 PCBA样品（B面已上件）B面掉件位置断面SEM观察

PCBA样品（B面已上件）B面掉件位置进行断面SEM观察，发现镍层表面无明显焊锡残留，并且有镍腐蚀现象，腐蚀深度为0.720μm，其中镍厚2.920μm。(图11)

      图11 B面掉件位置断面SEM观察

2.10 PCBA样品（B面已上件）B面未掉件位置断面金相观察

PCBA样品（B面已上件）B面未掉件位置进行断面金相观察，未发现明显异常现象。(图12)

     图12 B面未掉件位置断面金相观察

2.11 PCBA样品（B面已上件）B面未掉件位置断面SEM观察

PCBA样品（B面已上件）B面未掉件位置进行断面SEM观察，发现IMC层底部有空洞现象，即IMC层不连续，IMC层厚度为0～2.540μm；发现有镍腐蚀现象，腐蚀深度为0.801μm，其中镍厚3.100μm。(图13)

                                   图13 B面未掉件位置断面SEM观察

2.12 PCBA样品（B面未上件）B面焊盘可焊性试验

PCBA样品（B面未上件）B面焊盘上使用客户提供的锡膏进行可焊性试验，试验温度为220℃（板面温度），时间为1分钟；对试验后的样品进行观察，所进行试验的2个位置的锡膏均能润湿扩散。(图14)

图14 PCBA样品（B面未上件）B面可焊性试验

2.13 PCBA样品（B面未上件）B面焊盘可焊性试验后断面SEM观察

PCBA样品（B面未上件）B面可焊性试验后进行断面SEM观察，观察到IMC层形成连续，IMC层厚度为0.340～1.600μm；发现有富磷层现象，富磷层厚度为0.349μm，其中镍厚为4.800μm。(图15)

图15 PCBA样品（B面未上件）B面可焊性试验后断面SEM观察

4、结论

1. 对掉件异常断裂位置进行断面观察，发现IMC层与镍层位置分离，并对掉件后的焊盘表面观察发现界面平整，有发黑现象；

2. 对异常产品未上件的焊盘表面观察，发现金面有点状腐蚀现象，并进一步剥金观察镍面发现同样存在点状腐蚀现象；

3. 通过断面观察未掉件位置的IMC层状况，发现IMC层不连续、IMC层底部有镍腐蚀及空洞现象。

综上所述，推测本次掉件的主要原因为IMC层不连续、IMC层底部有镍腐蚀及空洞现象，造成IMC层与镍层结合力不足，从而造成本次不良。

5、建议

1. 侧重排查PCB拆封后到焊接前过程中腐蚀物质来源。

2. 确认回流焊曲线参数。