电子元器件焊点开裂/上锡不良失效分析案例

根据金鉴实验室总结的焊点开裂，焊锡不良失效分析来看

一般锡裂的可能原因是：

焊锡工艺参数

焊锡未完全熔融、

镀层有腐蚀、污染

镀层有孔洞（柯肯达尔孔洞）等，

导致无法生成良好的IMC层，

还有的外界应力的作用也有可能导致焊锡开裂失效

针对于焊锡点开裂、上锡不良失效分析方案：

案例一：

1：针对焊锡不良位置（掉元件/缩锡）进行SEM&EDS检测

其目的是对问题点位置进行表面分析，检测镀层表面是否存在异常，是否存在金面污染，（具体元素污染项对应），从SEM&ED分析结果来看，断裂面上元素有C、O、Ni、P、Au，不难看出，上锡后板面检测出含有Au元素，正常的情况下上锡后Au会被融掉，此样品还存在板面有Au残留的现象，此为异常情况。

污染导致镀层有腐蚀：

2：针对问题产品未上锡或者未上元件的位置进行SEM&EDS检测

其目的是确认金面是否有异常元素，是否存在表面污染，并需进一步的对剥金后的镍面进行SEM&EDS检测，确定剥金后镍面的表面结晶状况以及镍层磷含量是否正常，如下图2为不正常处镍面SEM图，可以看到，表面我们可以形式“海绵”状的疏松结晶层：同时我们也对比正常的化金后金面以及镍面的SEM图，如下图3所示，正常的金面以及镍面没有明显的晶界裂痕，沉积的颗粒大小分布均匀。但当铜面或者镍面上有异常的现象时，我们可以看到剥金后镍面的有裂痕、空洞，左边的现象可能为铜面的粗糙造成的，铜面的粗糙会导致镍沉积的颗粒大小不一，镍面的排列为大颗粒与小颗粒紧挨的时候晶界就比较大，容易在化金时，遭到金水的攻击。

3：上面对金面、镍面进行的SEM分析，下面将对金面EDS检测出异常元素的问题进行分析：

从检测结果可以看到，测试出的元素有：C、O、P、Ni、Cu、Au，对比正常的分析结果，测试结果中的C、O、Cu三元素属于异常元素，一般情况下C元素含量在20%以内为外界环境污染所致（在取样或者检测过程中），而超过20%则为有机污染所致；O元素说明存在污染或者氧化，Cu元素说明金面在清洗或者保存过程中有Cu的污染，此现象极易造成金面发红，严重影响焊锡性；

Element mass%

C K 37.46

O K 5.52

P K 2.6

Ni K 24.43

Cu K 10.16

Au M 19.83

Total 100

4、下面图表列出最有可能污染金面而所相对应的元素：

列出了印制板厂生产中用到的一些可能对化镍金表面污染的材料，对于以后EDS检测的结果，可以做一个参考。

5：针对焊接不良位置进行切片后SEM&EDS分析检测

其目的是检查是否存在镍腐蚀、焊接位IMC(Intermetallic Compound)层的状况、是否存在富磷层的状况等，分别显示了均匀连续的IMC层以及疏松的IMC层，我们知道均匀连续的IMC层焊接点才是牢固的，疏松的IMC层焊接存在焊接不良的隐患；正常的IMC层表现为：在连续均匀的情况下，IMC层维持在1-3um最为理想；而富磷层则控制越薄越好。

不佳的IMC层和过厚的富磷层主要是由于化学镍金本身镍层存在问题，或者在焊接过程中焊接的参数控制不当所造成。

良品IMC层离子研磨切片分析结合良好：

对脱落贴片电子元件残留的焊锡进行FIB切割分析，结果显示脱落灯珠背面残留焊锡与镀铜层间存在缝隙，未形成良好的IMC。

6：针对焊接不良产品未上锡或上件的金面同样进行切片后的EDS检测，主要检测的是镍层是否存在镍腐蚀状况，检查镍层的状况；对于是否存在镍腐蚀这是有一个判断标准的，正常镍腐蚀按照“任天堂标准为镍腐蚀深度不超过整个镍厚的1/5，在一个可观测界面内少于三个位置存在腐蚀点。

金鉴实验室提醒各位电子行业朋友针对于出现焊锡不良的问题，原因查找要做两个测试：一是取问题板进行测试，针对于问题点进行表面的SEM分析，观察表面结构以及切片观察焊锡后的IMC层状况；再者就是对问题位置进行EDS元素分析；二是取同样批次的未进行焊锡的化金板进行析，这是针对问题板测试的结果进行必要的数据收集，测试包括表面的SEM&EDS分析。通过前面的两组数据的对比、分析，可以得出一个结果，对于寻找焊锡不良失效原分析因可以起到辅助作用。
责任编辑：tzh