焊點(diǎn)失效分析技術(shù)與案例ppt課件

1、焊點(diǎn)失效分析技術(shù)及案例,PCBA (Printed Circuit Board Assembly 印制電路組件 ),1.0 PCBA焊點(diǎn)可靠性的位置與作用,互連可靠性,焊點(diǎn)可靠性,元器件可靠性,壓接綁定（其它）,PCB可靠性,電子電器核心,Source: U.S. Air Force Avionics Integrity Program,1.1 導(dǎo)致PCBA互連失效的主要的環(huán)境原因,主要失效模式,假焊虛焊,疲勞壽命低,機(jī)械強(qiáng)度低,腐蝕,其他,1.2 PCBA焊點(diǎn)的主要失效模式,1.3 PCBA焊點(diǎn)形成過(guò)程與影響因素,焊點(diǎn)形成的基本過(guò)程,潤(rùn)濕,擴(kuò)散,冶金化,最關(guān)鍵步驟，影響因素：PCB、元器件、

2、焊料、焊劑設(shè)備、工藝參數(shù),焊接溫度、焊接時(shí)間、冷卻時(shí)間,焊接溫度、焊接時(shí)間,q,slg,sls,sgs,Pad(Device PCB),1.3.1 焊點(diǎn)形成的關(guān)鍵潤(rùn)濕過(guò)程分析,1.4 PCBA焊點(diǎn)的主要失效機(jī)理（1）,Solder Joint Stress / Strain from Thermal Cycles,1.4 PCBA焊點(diǎn)的主要失效機(jī)理（2）,Solder Joint Stress / Strain from Vibration,1.5 PCBA焊點(diǎn)的主要失效原因分析,2.0 失效分析的基本方法與程序（1）,收集分析與失效有關(guān)的文件資料及背景材料 在立體顯微鏡下檢查PCBA，記錄任

3、何異常現(xiàn)象（可疑的焊點(diǎn)、機(jī)械損傷、變色、污染或腐蝕等） 從電性能的角度確定失效以及失效的部位 普通顯微鏡觀察不到的部位，通常需要X射線透視檢查,失效定位,失效機(jī)理分析,失效原因分析,報(bào)告,無(wú)損分析,破壞性分析,與線路板相關(guān)的失效一般作破壞性的金相切片分析，尋找失效根源 與元器件相關(guān)的失效通常需要開(kāi)封分析與切片分析 而與污染、腐蝕導(dǎo)致的失效通常無(wú)需開(kāi)封與切片分析 SEM/EDS分析進(jìn)一步確認(rèn)失效的根源，元素分析可以揭示化學(xué)與材料的影響因素 FTIR顯微鏡確證導(dǎo)致污染或腐蝕失效的污染物的組成及其來(lái)源 綜合分析各分析結(jié)果與背景材料，形成初步結(jié)論 進(jìn)行必要的驗(yàn)證試驗(yàn)（如元器件與PCB的可焊性測(cè)試等）

4、形成最終結(jié)論，編制報(bào)告,2.0 失效分析的基本方法與程序（2）,2.1 PCBA焊點(diǎn)失效分析的注意事項(xiàng),不要隨意回流那些可疑失效元器件的焊點(diǎn) 不要使用機(jī)械或電氣的探頭企圖擬合開(kāi)路的焊點(diǎn)與PCB通孔 不要污染或損傷樣品 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)！,3.0 焊點(diǎn)失效分析技術(shù),1.外觀檢查 Visual Inspection 2.X射線透視檢查 XRay Inspection 3.金相切片分析 Microsection Inspection 4.掃描超聲顯微鏡檢查 CSAM Inspection 5.紅外熱相分析 IRThermal Image 6.紅外顯微鏡分析 FTIR Microscopy 7.能譜與掃描電鏡

5、分析 EDX& SEM 8.染色與滲透檢測(cè)技術(shù)Dye & Pry Testing,1.潤(rùn)濕角 2.失效部位 3.批次或個(gè)別 4.焊點(diǎn)表面顏色,3.1 外觀檢查 Visual Inspection,失效定位 模式初判,主要工具：立體顯微鏡、金相顯微鏡、光學(xué)顯微鏡,3.2 X射線透視檢查 XRay Inspection,1.焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷檢查 2.通孔內(nèi)部缺陷 3.密集封裝BGA、CSP缺陷焊點(diǎn)定位 4.PCB缺陷定位,失效定位 模式判定,主要設(shè)備：Feinfocus X-ray Inspection System : FXS-160.40 3DX檢測(cè)，分辨率 1微米,3.2.1 Xray Insp

6、ection失效定位舉例開(kāi)路,x,x,x,x,x,BGA:高放大倍率下雙精度斜面觀察. 開(kāi)路的焊接點(diǎn)（X）,3.2.2 XRay Inspection失效定位舉例橋聯(lián),x,x,x,x,A BGA 1020 (32x32) 自動(dòng)標(biāo)識(shí)焊接連橋,3.2.3 XRay Inspection失效定位舉例潤(rùn)濕不良,x,x,x,x,x,多樣的隆起直徑和差的浸潤(rùn),3.3 金相切片分析 Microsection Inspection,取樣 鑲嵌 切片 拋磨 腐蝕 觀察,方法與步驟,儀器設(shè)備：取樣機(jī)（或慢鋸）、拋磨機(jī)、金相顯微鏡 材料： 環(huán)氧樹(shù)脂、蝕刻液、拋光膏 依據(jù)：IPCTM650 2.1.1,BGA焊點(diǎn)失效

7、,3.3.1 金相切片分析舉例（1）,金屬化孔失效,3.3.1 金相切片分析舉例（2）,3.4 掃描超聲顯微鏡檢查 CSAM Inspection,1.無(wú)鉛工藝制程中元器件封裝內(nèi)部缺陷（分層、空洞、裂紋）檢查 2.FCOB倒裝焊點(diǎn)空洞以及微裂紋分析,失效定位 模式判定,利用高頻超聲波在材料不連續(xù)界面上反射產(chǎn)生的位相及振幅變化來(lái)成像,Delamination,3.5 紅外熱相分析 IRThermal Image,1.PCBA溫度分布分析 2.模塊溫度分布分析 （溫度過(guò)高、過(guò)低部位的焊點(diǎn)往往是虛焊或開(kāi)路）,失效定位 模式判定,3.6 紅外顯微鏡分析 FTIR Microscopy,1.焊點(diǎn)表面（有

8、機(jī)）污染物分析（分析腐蝕失效原因） 2.可焊性不良的焊盤表面有機(jī)污染物分析 （分析焊點(diǎn)開(kāi)路或虛焊的深層次原因）,失效原因 分析,金手指有機(jī)沾污,3.7 能譜與掃描電鏡分析 EDX& SEM,1.焊點(diǎn)金相組織觀察與成分分析 2.可焊性不良的焊盤表面污染物分析 （分析焊點(diǎn)開(kāi)路或虛焊的深層次原因）,失效原因分析,Ni 層,EDX,SEM,FPCpad鎳鍍層開(kāi)裂分析,3.8 染色與滲透檢測(cè)技術(shù)Dye & Pry Testing,Dye Ink Penetrant Inspection,方法與步驟,取樣（BGA）,溶劑清洗,染色（加紅墨水低壓）,干燥后垂直分離器件與PCB,檢查與紀(jì)錄,Impact Di

9、rection,Impact Direction,The Results Shown in Mapping,裂紋焊點(diǎn) （紅色）,Partially cracked but still conductive prior to testing,Cracked/open prior to testing,Component,PCB,FACase1: MP3主板焊點(diǎn)脫落原因分析 FACase2：FPC焊盤失效分析（1853） FACase3：CMOS/CS 焊點(diǎn)開(kāi)路失效分析（1773） FACase4：主板THT焊點(diǎn)不良分析（1727） FACase5：PCBAPLCC焊點(diǎn)腐蝕失效分析（1776） F

10、ACase6：PHS手機(jī)PCBA短路失效分析（1636） FACase7：PCB金手指污染腐蝕分析（1690） FACase8：XXX Module綜合分析 （1742）,4. 失效案例分析,4.1 MP3主板焊點(diǎn)脫落原因分析(1),焊點(diǎn)脫落的焊盤,樣品描述,4.1 MP3主板焊點(diǎn)脫落原因分析(2),二 外觀檢查,焊點(diǎn)已脫落的焊盤,對(duì)應(yīng)的未焊接焊盤,三 金相切片,典型的翼型引腳焊點(diǎn)切片,焊膏潤(rùn)濕性試驗(yàn) OK,4.1 MP3主板焊點(diǎn)脫落原因分析(3),四金鍍層質(zhì)量分析,ENIG Finish Pad AuCoating的外觀SEM形貌,裂縫,空隙,4.1 MP3主板焊點(diǎn)脫落原因分析(4),五鎳鍍

11、層質(zhì)量分析01,蝕刻掉金鍍層的焊盤的SEM照片,金鍍層蝕刻后出現(xiàn)的“黑焊盤”現(xiàn)象,Au,Ni,4.1 MP3主板焊點(diǎn)脫落原因分析(5),六鎳鍍層質(zhì)量分析02,鎳鍍層的組成EDX分析（P含量偏低）,4.1 MP3主板焊點(diǎn)脫落原因分析(6),分析結(jié)論,PCB焊盤金鍍層和鎳鍍層結(jié)構(gòu)不夠致密，表面存在裂縫，空氣中的水份容易進(jìn)入以及浸金工藝中的酸液容易殘留在鎳鍍層中；同時(shí)鎳鍍層磷含量偏低，導(dǎo)致了鍍層耐酸腐蝕性能差，容易發(fā)生氧化腐蝕變色，出現(xiàn) “黑焊盤”現(xiàn)象，使鍍層可焊性變差。通常作為可焊性保護(hù)性涂覆層的金鍍層在焊接時(shí)會(huì)完全溶融到焊料中，而鎳鍍層由于可焊性差不能與焊料形成良好的金屬間化合物，最終導(dǎo)致元器件因焊點(diǎn)強(qiáng)度不足而容易從PCB板面脫落。,4.1 MP3主板焊點(diǎn)脫落原因分析(7),4.2 手機(jī)主板焊點(diǎn)失效案例分析,4.2.1樣品描述,4.2.2立體顯微鏡外觀檢查,4.2.3 Xray 檢查,4.2.4 Dye & Pry 檢查,4.2.5 金相切片分析(1),4.2.5 金相切片分析(2),4.2.6 可焊性試驗(yàn),4.2.7 SEM & EDX分析,4.2.8 Pad 的SEM 分析（2）,Ni Coating,Au Coating,Ni Coating,4.2.9 黑焊盤的典型特征,4.2.10 分析