控制芯片焊點異常失效分析

引言

交通誘導屏出現局部花屏，現場人員發(fā)現失效IC有類似虛焊或接觸不良現象，對器件加焊后顯示恢復正常，初步懷疑是焊接問題。需要查明紅色燈控制芯片焊點是否存在異常以及異常的原因?，F對NG 和正常PCB光板（用于識別芯片位置）進行測試分析，查找芯片失效的原因。

測試分析

1 外觀檢查

將失效IC及正常IC外層灌封膠剝離后，對IC引腳焊點進行外觀檢查。外觀檢查結果顯示，失效IC多個引腳焊點表面均發(fā)現異常裂紋現象，正常IC引腳焊點未發(fā)現異常現象。

圖1 NG IC引腳表面外觀檢查照片

2 X-Ray觀察

利用X-Ray對失效IC和正常IC引腳焊點進行透視觀察，結果如圖2所示。

失效IC 多個引腳焊點發(fā)現開裂現象，正常IC焊點未發(fā)現明顯異常現象。后續(xù)通過切片分析手段，對焊點焊接狀況進一步確認。

圖2 IC引腳焊點X-Ray透視檢查照片

3 剖面分析

對失效IC典型開裂焊點及正常IC焊點進行切片后，利用SEM+EDS對截面進行觀察分析，如圖3和表1所示：

①失效IC個別引腳焊點呈貫穿性開裂，開裂位于靠PCB側IMC與焊錫之間，結合焊點周圍存在顯著界面分離現象，推測焊點開裂因材料間熱失配而引發(fā)焊點疲勞開裂失效；

②成分測試顯示，開裂位置未發(fā)現異常元素，同時IMC生成連續(xù)，厚度正常，故排除污染及焊接熱輸入異常對焊點開裂的影響。

圖3 失效IC引腳焊點切片后SEM圖片及EDS能譜圖

表1 失效IC引腳焊點切片后成分測試結果（wt.%）

4 熱學分析

為了確認灌封膠與PCB熱膨脹系數是否存在較大差異，利用熱機械分析儀對二者進行線性熱膨脹系數測試，結果如圖4所示，灌封膠在-40.0℃~55.0℃溫度下Z軸線性熱膨脹系數為382.2954μm/(m·℃)，而PCB在相同溫度下Z軸線性熱膨脹系數為38.7934μm/(m·℃)，相同溫度下，灌封膠線性熱膨脹系數約是PCB的10倍。

圖4 灌封膠與PCB線性熱膨脹系數測試曲線

結論

綜上所述，焊點開裂的主要原因為：灌封膠與PCB之間材料熱失配導致灌封膠與PCB界面分離，界面分離后產生的內應力直接加載在焊點上，周期性的內應力最終導致焊點疲勞開裂。

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