QFP接地虛焊步驟簡析

No.1 案例背景

某QFP器件發(fā)生不良，不良率約10%，初步判斷為接地焊點可能存在虛焊現(xiàn)象。

No.2分析過程

Analysis process

Part.1

X-Ray觀察

0°觀察

傾斜45°觀察

說明

對樣品進行X-ray檢測，接地部分呈現(xiàn)明顯的陰影霧狀，可能存在虛焊問題。

Part.2

接地焊盤切片斷面分析

接地焊點切片分析圖

說明

通過切片斷面分析，部品的一側焊點有明顯虛焊，焊錫與器件鍍層未互熔，虛焊點兩側有明顯錫填充不足的現(xiàn)象。

切片斷面測量

說明

部品底部焊盤到PCB側焊盤距離為0.11㎜，部品底部到引腳底部的距離為0.11㎜。

Part.3

SEM形貌分析

端子側焊點未融合SEM圖示

?

說明

器件鍍層和焊錫之間存在約5μm的縫隙，界面狀態(tài)顯示二者有作用過，但未互熔，形成了自然狀態(tài)的冷卻形貌。

PCB側的IMC狀態(tài)分析SEM圖示

?

說明

圖示位置PCB側焊錫IMC層狀態(tài)，整體連續(xù)、致密，平均厚度約在3μm左右。

Part.4

EDS成分分析

焊錫未融合處成分

說明

EDS分析結果，鍍層面主要有Sn、Cu元素，未檢出異常成分。

PCB側IMC成分

說明

PCB側為IMC層Ni（18.52）、Sn（76.39%）、Cu（5.09%），無異常元素。

器件接地焊盤鍍層成分

說明

從接地焊盤鍍層的分析判斷，器件接地鍍層為Sn(純錫)。

Part.5

其他因素對焊錫的影響

器件尺寸

影響接地焊接的關鍵尺寸：A1 Standoff，器件接地焊盤到端子底部的距離。

說明

上述A1尺寸的測量結果顯示，A1尺寸均接近0.1mm。發(fā)生虛焊產品使用的鋼網厚度為0.11mm

A1尺寸的影響：

在開口面積稍大的情況下，錫膏印刷的厚度一般會≤0.11mm，回流后由于錫膏體積變小，會發(fā)生塌陷。

若A1尺寸偏大，則存在錫膏和接地焊盤不能充分接觸的風險。

回流溫度

說明

失效樣對象品生產時采用的替代測溫標本，且器件接地部分未監(jiān)控溫度，后續(xù)制作對應測溫標本，針對接地點的溫度實際測試如上圖所示。最高溫度246.5℃，220℃以上時間60s，232℃以上時間40.5s。從焊接溫度的適合性上判斷，即使器件鍍層為純錫，該溫度也不會引起虛焊問題（液相時間充足）。

No.3分析結果

Analysis results

失效原因分析

綜合上述檢測結果，對接地虛焊的失效原因分析如下：

1．失效特征：焊錫與器件接地焊盤鍍層虛焊，二者未互熔，虛焊點兩側有明顯錫填充不足的現(xiàn)象。但從形貌分析，二者在回流過程中有相互接觸作用，形成了凹凸狀，如下圖：

2.對器件關鍵尺寸和回流溫度的分析，器件A1尺寸接近0.1mm，使用的鋼網厚度0.11mm，存在錫膏與器件接地部分接觸不充分的隱患。

基于以上測試及分析判斷，導致器件接地焊盤虛焊的原因為在器件Standoff A1尺寸偏大的情況下，鋼網接地部分的厚度為0.11mm，由于回流后錫膏體積減小，形成的焊點高度可能小于0.1mm，從而使焊錫與器件接地焊盤接觸不充分，形成虛焊。

分析驗證

增加QFP接地部分的印錫厚度（使用部分階梯鋼網，0.11→0.15階梯），進行實際的生產驗證，接地部分虛焊的問題未再發(fā)生，從而證明了器件Standoff尺寸與鋼網厚度匹配性關系存在隱患。

案例啟示

針對QFP封裝器件，在鋼網設計時，要關注器件Standoff尺寸，確定其允差范圍，從鋼網厚度（接地局部）上做好預防性規(guī)避措施，避免因為器件Standoff允差造成的潛在性焊接失效。

審核編輯：劉清