端子脫落失效分析

案例背景

Case background

某產(chǎn)品的端子在PCBA組裝完成后約24小時(shí)，端子輕微受力后發(fā)生掉落，經(jīng)分析，判斷該種失效問題與端子鍍層合金化存在關(guān)聯(lián)。

分析過程

Analysis process

剝離面特征分析（PCB側(cè)）

1.外觀分析

PCB側(cè)端子脫落后的剝離面外觀特征：

說明：該P(yáng)CB板為陶瓷板。PCB側(cè)端子脫落后的剝離面外觀特征：表面平整、細(xì)膩，無應(yīng)力齒紋痕跡。

2.SEM分析

PCB側(cè)端子脫落后的剝離面表面形貌特征：

說明：根據(jù)PCB側(cè)端子脫落后的剝離面SEM分析可見，其表面平整、無應(yīng)力斷裂痕跡，且表面呈現(xiàn)蜂窩狀及晶片狀結(jié)構(gòu)。

3.EDS成分分析

PCB側(cè)端子脫落后的剝離面的成分分析

4.切片斷面分析

脫落點(diǎn)PCB側(cè)的切片斷面分析：

說明：PCB側(cè)脫落點(diǎn)切片斷面分析如上圖示，其特征為斷面平整，焊錫與PCB焊盤相連，PCB側(cè)IMC層連續(xù)，剝離面有明顯的IMC殘留。

脫落點(diǎn)PCB側(cè)的切片斷面EDS分析

說明：剝離面有明顯的IMC殘留，其主要成分為Cu、Sn，以及少量的Ni，Cu、Sn的質(zhì)量比約為40：60。按其質(zhì)量百分比計(jì)算，為Cu6Sn5合金。

剝離面特征分析（端子側(cè)）

1.外觀分析

脫落的端子側(cè)剝離面外觀特征：

說明：脫落端子的剝離面外觀特征：表面平整、細(xì)膩，無應(yīng)力齒紋痕跡，與PCB側(cè)特征相符合。

2.SEM分析

SEM表面特征分析：

說明：如圖所示，脫落端子的剝離面表面平整，無應(yīng)力損傷痕跡。其微觀結(jié)構(gòu)呈絮狀，與PCB側(cè)的蜂窩狀形貌相對(duì)應(yīng)。

3.EDS成分分析

脫落端子剝離面的成分分析

4.切片斷面分析

端子的切片斷面分析：

說明：根據(jù)端子切片斷面分析可見，端子焊錫面僅有IMC層附著。

端子的焊錫面切片斷面分析

說明：端子切片斷面分析，端子焊錫面僅有IMC層附著。

脫落端子的切片斷面成分分析

說明：端子鍍層主要成分Sn、Cu為主，整體呈現(xiàn)為Cu6Sn5合金。

端子未脫落點(diǎn)的切片斷面分析

說明：針對(duì)未脫落端子的切片分析可知，整體焊接狀態(tài)良好，端子側(cè)IMC層厚度2.32μm，與脫落端子殘留的IMC厚度相近。

未使用的端子的分析

1.切片斷面分析

端子的切片斷面分析：

說明：針對(duì)未使用端子的切片分析發(fā)現(xiàn)，焊接面端子鍍層厚度均在1μm以下。從其狀態(tài)判斷，鍍層已經(jīng)合金化（IMC外露）。

2.EDS成分分析

端子斷面的成分分析

說明：未使用端子EDS分析，鍍層主要成分為Cu、Sn，Cu、Sn的質(zhì)量比約為40：60。

分析結(jié)果

Analysis results

原因分析

端子鍍層合金化（Cu6Sn5合金），使其可焊性降低。在常規(guī)條件下，進(jìn)行SMT回流焊時(shí)，由于熱量不足以讓焊錫與端子鍍層完全融合，故在端子的鍍層與焊錫之間形成虛焊，導(dǎo)致了在后續(xù)的組裝過程中，碰觸端子便發(fā)生脫落的情況發(fā)生。

改善建議

1.針對(duì)端子鍍層合金化的問題，建議增加端子鍍層厚度。除合金化部分以外，需有焊錫覆蓋。

2.在現(xiàn)有回流條件中，即板面最高溫度243℃（端子位置的溫度未知），建議如下：

對(duì)端子位置的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，取得實(shí)測(cè)值；

由于陶瓷板本身熱容較高，端子散熱較快，對(duì)端子位置的溫度實(shí)測(cè)值建議在245℃-250℃之間，220℃以上時(shí)間70s左右。

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審核編輯 黃昊宇