器件立碑虛焊不良分析與建議 | PCBA開路失效分析

 

立碑一般通常發生在CHIP元件，目前的話主要是0201和01005。立碑的現象產生是由于元件兩端焊盤上的焊膏在回流熔化時，元件兩個焊端的表面張力不平衡，張力較大的一端拉著元件沿其底部旋轉而致。

本文將詳解與器件立碑虛焊不良的相關案例，通過剖面觀察、剝離分析、Profile曲線分析等方法，分析其立碑原因及機理，并提出改善建議。

 

背景

 

某PCBA出現開路失效，表現為貼片電感器件立碑虛焊。PCB的焊盤表面處理工藝為ENIG，器件焊端表面處理工藝為電鍍錫。

委托方提供5pcs NG PCBA（X627-1、X627-2、X627-3、X621、X629）、30pcs器件原物料。

 

測試分析

 

1 外觀檢查及缺陷規律性

 

利用體視顯微鏡對立碑器件進行光學檢查，結果如下：

 

如圖1-2所示，5pcs NG PCBA均發現0201器件立碑不良，3pcs發生在X627位置，立碑方向一致，另外2pcs分別發生在X621和X629位置。

 

圖1 NG器件立碑分布區域及立碑方向統計

 

圖2 立碑器件外觀檢查典型照片

 

2 剝離分析

為了觀察立碑器件底部是否存在污染等異常，將立碑器件剝離后，對立碑一端剝離界面進行形貌觀察及成分分析，結果如下：

清洗前：如圖3及表1-2所示，剝離界面主要為助焊劑殘留（助焊劑殘留主要含有C、O、Sn元素），未發現異常元素存在，排除界面污染對立碑的影響。

清洗后：如圖4及表3-4所示，剝離界面主要含有C、O、Sn、Ni及少量Cu元素，成分正常。

 

圖3 NG PCBA(X627-2)立碑焊點剝離后界面（清洗前）SEM圖片

 

 

 

圖4 NG PCBA（X627-2）立碑焊點剝離后界面（清洗后）SEM圖片

 

 

 

3 剖面分析

 

將立碑焊點切片后，利用SEM+EDS對截面進行觀察分析，結果如圖5及表5-6所示：

器件底部存在大量助焊劑殘留現象，立碑端未發現異常元素存在，進一步排除界面污染對器件立碑的影響。立碑端底部發現完整純錫層，排除鍍錫層厚度不足對器件立碑的影響。

 

圖5 NG PCBA（X627-3）立碑焊點切片后截面SEM圖片

 

 

 

4 原物料分析

 

分別對器件焊端進行表面分析和剖面分析，結果如下：

表面分析：如圖6及表7所示，器件焊端表面放大后，形貌未見異常。成分測試結果顯示，表面主要為Sn元素，未發現異常元素存在。

剖面分析：如圖7及表8所示，器件焊端鍍錫層完整，厚度在2.53um~2.83um之間。

以上結果顯示，器件原物料焊端表面未見異常，鍍層厚度滿足要求，基本排除器件焊端上錫不良對立碑的影響。

 

圖6 原物料焊端表面SEM圖片

 

 

圖7 原物料焊端切片后截面SEM圖片

 

 

5 尺寸測量分析

 

對立碑器件切片后截面尺寸進行測量觀察，結果如圖8所示,發現立碑器件起翹端尺寸較正常端，未發現偏小現象，排除器件焊端大小及焊盤大小對立碑的影響。

立碑器件切片截面圖可知，焊端內距明顯大于焊盤內距，焊端內距與焊盤內距匹配性較差。

 

圖8 立碑器件切片后截面尺寸測量結果

 

對器件原物料內距及PCB焊盤內距進行測量，結果如圖9所示,器件內距遠大于焊盤內距，二者內距匹配性較差，容易導致立碑異常。

 

圖9 器件原物料焊端內距及PCB焊盤內距測量圖片

 

6 可焊性測試

 

參考標準IPC J-STD-002C 2008元器件引線、端子、焊片、接線柱和導線的可焊性測試對器件原物料焊端進行測試，結果如下：

由圖10所示，器件焊端上錫性雖然滿足標準要求，但是個別曲線T0（過零時間）、T1（潤濕上升時間）及Fmax（最大潤濕力）存在明顯差異，說明器件焊端上錫能力存在差異。

 

圖10 器件原物料焊端上錫性測試曲線

 

7 Profile 曲線分析

 

參考標準IPC/JEDEC J-STD-020E 2014非密封固態表面貼裝元件濕度/回流焊敏感度分級中對無鉛回流溫度要求,如圖11所示，實際回流曲線滿足標準對無鉛回流焊接要求。

 

圖11 Profile曲線

 

結論與建議

 

結論：

器件立碑的原因主要跟以下兩個因素有關：

①器件內距與焊盤內距匹配性差；

②器件焊端上錫能力存在差異。

 

建議：

1. 鋼網內切，使鋼網內距小于器件內距10um；

2. 將3、4、5、6、7溫區的下溫區各增加15℃，上溫區各降低5℃，并將7溫區拉升至210℃，減小7、8溫區溫差。

 

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