无铅PCB坑裂失效案例

《无铅PCB坑裂失效案例》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、坑裂失效案例分析中国赛宝实验室可靠性研究分析中心邱宝军1前言随着电子产品环保要求的不断提高，电子制造业已经基本实现无铅化制造，电子产品的关键器件PCB基板也向无卤等快速发展，PCB基板的无卤化必然带来包括阻燃剂，固化剂等在内的关键材料发生变化，从而引发PCB内部树脂和玻璃纤维之间结合力的变化。无铅工艺更高的焊接温度，无铅焊点较有铅焊点更硬，从而引起焊接过程中热应力更大，由此引发焊点下PCB内发生开裂，最终导致产品失效。本文以案例的形式，介绍了PCB坑裂失效基本形貌，并对导致坑裂失效的原因进行了探讨，给广

2、大的读者以参考。2案例背景某手机整机制造单位提供的5pcs失效品，失效均发生在BGA位置，其中1＃～3＃样品的失效现象表现为不开机，4＃和5＃样品的失效现象为按着CPU可开机，放手就不开机，失效比例较高，达到了10%以上。现要求对失效的原因进行分析。3分析过程显然，从失效样品描述的信息看，样品失效比例很高，因此导致样品失效的原因应该是某种固定的缺陷，而非随机失效。其次，由于失效位置固定在BGA位置，则确定BGA位置何种失效模式，并确定失效位置是整个失效分析的核心。由于BGA器件结构的特殊性，所有的电连接

3、部分都在器件下面，无法直接观察，因此，分析的基本思路是首先利用X-ray等无损手段对失效样品进行测试，寻找可能的失效特征，然后根据无损检测的结果，进行分析判断，预估其可能的原因，接下来利用金相切片等手段对故障的模式进行确认。3.1X射线检测利用X-ray测试设备对失效的BGA器件部位进行测试，结果发现部分失效样品BGA位置存在焊盘浮起现象，结果见图1红色箭头标识位置。显然，BGA焊盘浮起可能导致焊点开裂或PCB线路断裂，最终导致产品失效。图1导通孔周围及导线表面腐蚀照片3.2染色渗透试验对1＃失效品的B

4、GA焊点进行染色渗透试验。试验后分离器件与PCB，观察发现：大量的焊点存在明显的染色渗透现象。在发生染色渗透的焊点中，绝大部分焊点在PCB焊盘与基材之间发生完全开裂，单个焊点的染色面积达到100％；个别焊点在PCB焊盘与焊料球之间存在不完全开裂，单个焊点的染色面积小于100％。图2失效样品BGA位置染色渗透结果3.3金相切片和SEM&EDS分析对2＃～5＃失效品的BGA焊点进行金相切片，结果表明：大量BGA焊点的PCB焊盘与基材开裂，部分与焊点焊盘相连的导线在连接处断裂。显然，所有分析的失效样品BGA失

5、效部位均存在严重的PCB内部开裂现象，开裂位置直接位于BGA焊点下部。为了进一步分析PCB内部开裂对产品失效的影响，对所有失效样品进行平行PCB板方向的研磨，从而观察PCB表面线路的受损情况。结果表明，在2#-5#四个样品中，所以样品BGA位置均存在线路和焊盘断裂分离的现象，线路和焊盘分离必然导致产品电路失效，典型的PCB表面线路断裂特征见图4。图3失效BGA位置PCB内部开裂特征照片图4典型PCB线路和焊盘断裂特征照片3.4热应力依据IPC-TM-6502.6.8标准，对PCB光板的BGA焊盘位置进行

6、热应力试验。试验条件为：在125℃预烘样品，焊料温度：288℃，受热时间：10sec，循环2次。结果发现：所检BGA位置的焊盘在第2次热应力试验后出现焊盘脱落现象，代表性照片见图5。图5热应力后PCB焊盘脱落形貌4综合分析及结论通过对失效品进行的一系列分析，结果表明：（1）X-ray检查发现个别焊点存在焊盘浮离现象；染色渗透试验发现大量焊点在PCB与基材之间开裂；金相切片分析结果与染色试验相一致：大量焊点的PCB焊盘下方的基材发生不同程度的开裂——即“承垫坑裂”现象，此外，水平研磨发现部分与BGA焊点的

7、焊盘相连的导线在连接处发生断裂。显然，BGA焊盘与导线间断裂、开路是造成BGA功能失效的根本原因。（2）金相切片分析中，未发现BGA器件和焊点存在明显的变形和高度不一致的现象；PCB焊盘与焊料间形成的IMC层连续均匀，未见明显焊接过热的迹象。（3）热应力试验发现PCB光板BGA位置的焊盘有脱落现象，说明焊盘耐热性能不足。在无铅焊接强热膨胀与收缩过程中，焊点遭受垂直拉扯的应力作用，在本次分析中发现，焊接完成后的器件和焊点均未见明显变形，而BGA承垫坑裂现象严重，说明在几方搏力过程中，板材是最薄弱的环节，在

8、应力作用下沿着玻纤与树脂的界面或其走势开裂，严重时会扯断导线，导致器件功能失效。PCB光板的热应力试验也表明焊盘的耐热性能不足。综合上述分析，BGA承垫坑裂，拉断相连导线是造成器件功能失效的根本原因。在焊接过程中，PCB焊盘耐热性能不足，成为最薄弱的环节，在应力作用下发生坑裂现象。