文章来源：腾昕检测

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CASE BACKGROUND

案例背景

产品PCBA每天工作20小时，总计工作3000到4000小时后，板上的三极管会出现脱焊的现象。据此情况，对OK品和NG品分别进行失效分析，找寻失效原因。

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ANALYSIS PROCESS

分析过程

1.

X-RAY检测

OK品Q5器件

OK品D6器件

NG2样品Q5器件

NG2样品D6器件

NG3样品Q5器件

NG3样品Q5器件

测试结果

OK品器件焊点无明显异常；

NG2样品Q5器件焊点疑似开裂；

NG3样品Q5、D6器件焊点疑似开裂。

2.

外观分析

#失效样品清洗前外观图示：

NG1

NG2

测试结果

失效样品周边的灌封胶有黄变现象，剥胶后D6器件脱落。

# NG1样品清洗后外观图示：

# NG2样品清洗后外观图示：

# NG3样品清洗后外观图示：

测试结果

失效样品D6器件PCB侧焊盘剥离面表现为颗粒状及氧化状态，且NG1、NG2样品Q5器件存在引脚脱焊的现象。

3.

焊点断口分析

1.针对NG3样品进行焊点断口分析

# NG3样品D6 PCB焊盘侧断口SEM分析

D6 PCB焊盘侧：pin1

D6 PCB焊盘侧：pin2

# NG3样品D6 PCB焊盘侧断口EDS分析

测试结果

NG3样品PCB侧D6焊盘剥离面呈现发散状裂纹（红色箭头标识处），断口主要表现为沿晶断裂，是典型的疲劳开裂特征。

成分分析结果表明，整体含O量偏高，说明断口表面发生了氧化。

# NG3样品D6 器件焊盘侧断口SEM分析

D6 器件焊盘侧：pin1

D6 器件焊盘侧：pin2

测试结果

断口主要表现为解理台阶模式（沿晶解理台阶），同时存在粗大的颗粒状形态，是典型的疲劳开裂特征。

2.针对NG1样品进行焊点断口分析

# NG1样品D6 器件焊盘侧断口SEM分析

D6 器件焊盘侧：pin1

D6 器件焊盘侧：pin2

# NG1样品D6 器件焊盘侧断口EDS分析

测试结果

 SEM检测表明，断口主要表现为解理台阶模式（沿晶解理台阶），是典型的疲劳开裂特征。

EDS成分分析检测出整体含O量偏高，说明断口表面发生了氧化。

3.针对NG2样品进行焊点断口分析

# NG2样品D6 器件焊盘侧断口SEM分析

D6 器件焊盘侧：pin1

D6 器件焊盘侧：pin2

# NG1样品D6 器件焊盘侧断口EDS分析

测试结果

断口主要表现粗大的颗粒状形态，呈现疲劳老化的特征，且断口表面发生了氧化。

4.

焊点切片断面分析

采用逐层研磨的方式对OK品、NG1样品及NG2样品进行切片断面分析，观察分析断面状态，下记为切片位置示意图。

1.对OK品进行切片断面分析

# OK品断面1（Q5、D6）金相分析图示

# OK品断面1（Q5、D6）SEM分析图示

# OK品断面2（Q5）金相分析图示

# OK品断面2（Q5）SEM分析图示

测试结果

正常品断面1、断面2SEM观察后发现焊点无开裂、晶粒粗化等异常现象，IMC状态良好。

# OK品断面3（C18）金相分析图示

# OK品断面3（C18）SEM分析图示

测试结果

两个端电极镀层开裂，存在非常规的机械应力形成的开裂特征。

2.对NG1样品进行切片断面分析

# NG1样品断面1（Q5）金相分析图示

# NG1样断面1（Q5）SEM分析图示

测试结果

开裂位置处于焊锡内部，呈现应力疲劳撕裂、缩锡现象，为典型的焊点老化失效特征。

# NG1样断面1（D6）金相分析图示

# NG1样断面1（D6）SEM分析图示

测试结果

焊盘处断裂呈锯齿状，存在焊点空洞痕迹，IMC层整体偏厚。

# NG1样断面3（C18）金相分析图示

# NG1样断面3（C18）SEM分析图示

测试结果

NG1样品 C18器件焊点无异常。

3.对NG2样品进行切片断面分析

# NG2样品断面1（D6）金相分析图示

# NG2样品断面1（D6）SEM分析图示

测试结果

NG2样品 D6器件两侧焊盘处断裂外观呈现锯齿状，左焊盘侧IMC层平均厚度为2.77μm，右焊盘侧侧平均厚度为3.04μm。

# NG2样断面3（Q5）金相分析图示

# NG2样断面3（Q5）SEM分析图示

测试结果

NG2 Q5器件焊锡晶粒呈现明显的粗大、松散特征，已处于失效状态，焊盘侧IMC层平均厚度为1.92μm。

# NG2样断面3（C18）金相分析图示

# NG2样断面3（C18）SEM分析图示

测试结果

C18器件左侧IMC层平均厚度为3.51μm，器件右侧IMC层平均厚度为4.17μm，IMC层厚度偏高。

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ANALYSIS RESULT

分析结果

综合上述分析，判断引起PCBA器件脱焊的失效原因为：PCBA局部受到长期的温度冲击，焊锡由于蠕变作用引起晶粒形态变化，导致焊点强度降低，从而引起器件脱落。

具体失效解析如下——

1.失效样品不良位置灌封胶均有明显的黄变现象，说明该位置易受到温度冲击；

2.从NG3样品的断口分析特征可见，沿晶断裂、解理台阶、粗大颗粒等特征同时存在，说明焊点发生了老化蠕变，可以判断内应力的持续作用是导致焊点老化的直接原因 ；

3.失效焊点存在疲劳撕裂、缩锡的现象。

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IMPROVE METHODS

改善建议

1.对产品PCBA自升温进行分析，确认温度冲击的实际状态，为散热设计提供依据；

2.对优化焊点强度及工艺；

3.优化PCBA散热降温设计。