连接器引脚上锡不良失效分析.docx

连接器引脚上锡不良失效分析（作者：美信检测 失效分析实验室）1. 案例背景送检样品为某款PCBA板，该PCBA板上一连接器在经过SMT后发现个别引脚上锡不良，失效不稳定；该连接器引脚每侧共50个引脚，材质为铜表面镀镍镀锡，PCB焊盘表面为OSP工艺，锡膏成分为Sn-Ag-Cu（95%-3%-0.5%）。2.分析方法简述2.1 样品外观观察通过将失效样品和正常样品分别放在体式显微镜下观察，发现失效样品的某些引脚确实存在引脚上锡不良现象，失效引脚位置在连接器上分布不规律，但失效样品主要集中在连接器中间区域，且两端引脚上锡相对较好，典型照片见图1。正常样品表现为两端上锡饱满，中间区域引脚上锡不饱满，典型照片见图2，该现象说明失效可能与位置相关。上锡不良上锡不饱满上锡饱满图1失效样品典型放大图片上锡饱满上锡饱满上锡不饱满图2正常样品典型放大图片2.2 表面分析如图3~4所示，分别对NG焊点表面和未使用引脚表面进行表面SEM观察和EDS成分分析，成分测试结果见表1~2，均未发现明显污染元素，说明造成该引脚上锡不良与污染相关性不大。图3 NG焊点表面SEM图片和EDS能谱图表1 NG焊点表面EDS测试结果(Wt%)SpectrumCONiCuSnTotal位置13.344.83/1.1590.68100.00位置22.834.58//92.59100.00位置32.995.510.82/Sn100.00图4未使用引脚表面SEM图片和EDS能谱图表2 未使用连接器引脚表面EDS测试结果(Wt%)SpectrumCOSnTotal位置12.755.2791.98100.00位置22.745.4391.82100.002.3剖面分析将NG焊点分别按照横向和纵向制作切片，观察焊点内部连接情况：如图5和表3所示，通过纵向切片可知，焊锡与焊盘间形成良好IMC层，而引脚与焊锡之间出现分离，分层中间存在异物，通过对异物进行成分分析，主要元素为C、O、Sn、Br，怀疑其可能为助焊剂；如图6和表4所示，通过横向切片可知，NG焊点引脚与焊盘存在偏位现象，表现为两侧不上锡，焊锡与焊盘形成均匀连续的IMC层，引脚底部与焊锡之间亦存在分层，中间也存在异物。通过对分层处进行放大观察，发现引脚底部存在一层锡层，锡层成分为纯锡（如图6中位置1和2所示）；而焊点焊锡成分中含少量Ag（位置4和5），与锡膏（Sn-Ag-Cu：95%-3%-0.5%）中成分相对应。由此可推出，NG焊点引脚底部锡层为引脚表面镀锡层，因此可侧面说明NG焊点在SMT过炉过程中，引脚底部与焊锡没有良好接触。异物异物图5 NG焊点纵向切片SEM图片及EDS能谱图表3 NG焊点引脚底部与焊锡之间异物EDS测试结果(Wt%)SpectrumCOBrSnTotal位置231.358.1023.0837.48100.00位置326.995.7825.1842.05100.00位置428.604.3318.5148.55100.00Cu基Cu基IMC层焊锡锡图6 NG焊点横向切片SEM图片及EDS能谱图表4 NG-3#焊点引脚底部与焊锡之间EDS测试结果(Wt%)SpectrumCOCuAgSnTotal位置11.060.780.70/97.46100.00位置21.070.770.57/97.59100.00位置313.5116.401.75/68.35100.00位置41.190.891.153.5293.26100.00位置51.230.920.932.3094.63100.002.4引脚剥离成分分析用机械方式将NG焊点剥离，发现引脚剥离力较小，说明连接器引脚与焊盘为假焊。分离后，发现焊锡表面及引脚底部存在较多异物，通过对异物进行FTIR成分分析，主要检测到羧酸结构类物质，说明该异物确实为助焊剂，见图7~9。助焊剂大量残留说明可能存在炉温问题，例如预热时间过短、峰值温度偏低等情况。对剥离后PCB端焊点和引脚进行表面观察，注意到NG焊点引脚剥离后焊锡在焊盘上润湿良好，表面光亮圆滑，进一步说明在过炉过程中，引脚与焊锡未接触。测试位置图7剥离后焊锡图片图8剥离后引脚图片图9 NG焊点焊锡表面异物FTIR图谱2.5可焊性分析为了验证引脚不上锡与其自身可焊性的相关性，参考标准IPC-J-STD-002C-2008 元器件引线、端子、焊片、接线柱和导线的可焊性测试，通过可焊性模拟试验，来确认未使用连接器引脚的可焊性。随机取3pcs未使用连接器，用助焊剂均匀涂覆引脚，后浸入255℃无铅钛锡炉中进行测试，保持时间5s后，拿出样品，放在体式显微镜下观察拍照，通过观察发现，未使用连接器引脚的表面整体呈现连续的焊料涂层，符合IPC-J-STD-002C中的标准要求，详情见图10。结果表明，该批次连接器引脚的可焊性良好，排除引脚可