焊点失效分析技术与案例-经典

电子元器件QFN焊点失效分析和改进措施摘要QFN器件性能卓越，在电子电路中为核心器件，则其焊点可靠性直接关系到整个产品的性能。

本文重点分析了QFN器件的焊点失效模式及其原因，并在设计和工艺上提出了改善措施。

关键词来料不良；设计缺陷；焊点开裂；空洞；QFN全称为Quad Flat No-leads Package,该封装元器件具有体积小、重量轻、优越的电性能及散热性能等优点，在电子行业军民用领域中均得到广泛应用。

由于QFN器件引脚众多，一旦某个引脚焊点失效，将直接影响整个电路的性能，因此对QFN器件焊点失效分析和改进措施研究显得尤为重要。

1 QFN器件简述一般QFN有正方形外形和矩形两种常见外形。

电极触点中心距常见的有1.27mm、0.65mm、0.5mm。

QFN器件是一种无引脚封装，它有利于降低引脚间的自感应系数，其封装底部中央位置有一个大面积裸露焊盘用来导热，围绕大焊盘的封装外围四周有实现电气连接的导电引脚。

QFN引脚也称为可焊端，按可焊端分类可分为两种：连续性可焊端和非连续性可焊端。

连续性可焊端的QFN，底部引脚与侧面引脚均进行了镀锡处理。

非连续性可焊端的QFN，底部引脚镀锡处理但是侧面引脚未进行镀锡处理，底部焊脚为主要焊接面，侧边焊点主要起到辅助加固及方便目视检查的作用。

非连续性可焊端的QFN器件制造过程为：成品圆片→划片→装片→焊线→塑封固体→电镀→贴膜→切割→去膜本体分离→测试印字编带→包装标签入库。

IPC标准中要求QFN底部焊盘焊锡浸润良好，无短路空洞现象，对侧面焊点爬锡高度没有明确要求，但在军用产品和适用IPC三级标准产品里面，无论哪种QFN器件，不仅要求底部焊盘焊点浸润良好，无短路空洞现象，对侧面引脚焊锡应满足100%爬锡，只有这样才能让产品获得高稳定高可靠的电气性能和机械性能。

2 QFN器件焊点失效分析影响QFN器件焊点失效现象大致归类可分为：器件本身失效、焊点开裂、焊点空洞、锡少、引脚短路、引脚不上锡。

CQFP器件焊点开裂失效分析_张伟CQFP器件焊点开裂失效分析张伟，孙守红，孙慧，韩振伟（长春光学精密机械与物理研究所吉林长春 130033）摘要：CQFP器件由于其可靠性⾼的优势已经⼴泛应⽤于军事、航天航空领域，但是在实际使⽤中，特别是在温度和⼒学条件下容易出现焊点脱落和引脚断裂等问题。

针对在⼯作中遇到的⼀次典型焊点开裂失效案例进⾏分析，对问题产⽣的根源进⾏了定位，对焊点开裂的失效机理进⾏了分析，最后简要介绍了提⾼CQFP器件焊接可靠性的⼀些⼯艺措施。

关键词：CQFP；可靠性；失效分析中图分类号：TN6 ⽂献标识码：A ⽂章编号：1001-3474（2012）06-0347-04Failure Analysis for Solder Joint Cracking of CQFP DevicesZHANG Wei, SUN Shou-hong, SUN Hui, HAN Zhen-wei(Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China) Abstract: CQFP devices has been widely used in military and aerospace field due to its advantages of high reliability, but in actual situation, especially in temperature, mechanical solder joints under the conditions prone to fall off, pin breakage and other issues. Based on a typical case of solder joint cracking failure, analyze root cause of the problem, and finally some process measures to improve the reliability of CQFP have been introduced.Key words: CQFP; Reliability; Failure analysisDocument Code: A Article ID: 1001-3474(2012)06-0347-04陶瓷四⾯扁平封装器件CQFP（Ceramic Quad Flat Pack）是⼀种先进的器件封装形式，采⽤了陶瓷基板和镀⾦引线，如图1所⽰，具有很⾼的可靠性，⼴泛应⽤于军事和航空航天印制板组装领域[1,2]。

一种典型的PCBA组件焊点失效研究化学镍金（ENIG）工艺由于优越的性能被广泛应用于PCB表面处理中，但在实际使用中却存在镍腐蚀的现象，严重影响电子产品品质。

本文就某PCBA 組件出现焊点失效的案例出发，探讨PCB化学镍金镍腐蚀失效原因以及应对措施。

标签：PCBA；焊点失效；镍腐蚀1 引言印制印路板（PCB）作为印制线路板组件（PCBA）的基础模块，其质量对于组件的可靠性及装机后的工作质量尤为关键。

ENIG工艺由于其焊盘平整度好、可焊性好、接触电阻小、高湿环境中不氧化、可作散热表面等优点被广泛应用于PCB表面处理中。

但ENIG在实际使用中存在镍腐蚀的现象，严重影响电子产品品质。

2 焊点失效案例研究2.1 背景信息某PCBA组件在经历两轮随机振动、温度循环、高温老练等筛选试验过程均能正常工作，在后期使用过程上电约10分钟后某线路出现失效，断电半小时后重新上电恢复工作。

经故障排查，为PCBA组件上某BGA芯片A引脚出现开路。

2.2 电测及外观检查在常温状态下测量A引脚失效线路位置与电线接地端（GND）之间电阻约为1.8欧姆。

进一步用热风枪对着样品失效区域施加热风，失效线路对地电阻逐渐增大，热风施加至第8秒时失效线路对地发生开路。

进一步对失效焊点位置进行外观检查，失效线路未见腐蚀、阻焊模破损等异常。

2.3 3D X-RAY扫描扫描了故障模块的故障点某BGA芯片的A引脚焊点，未见明显异常。

2.4 声学扫描检查对某BGA芯片进行声学扫描显微镜检查，结果显示所检器件未见分层，未见明显缺陷，检测结果见表1。

2.6 SEM&EDS分析对某芯片A引脚焊点截面进行SEM&EDS分析显示：A焊点的焊球与PCB 焊盘分离，分离界面未见明显的IMC（金属件间化合物）层。

靠近A引脚一侧的焊点普遍发生开裂，开裂界面均发生在焊料IMC与PCB焊盘之间，焊盘镍层可见连续的渗透性腐蚀形貌及明显富磷层，磷元素在镍层中的相对含量接近19%wt，如图1所示。

PCB失效分析技术总结及实用案例分享作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽，PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。

但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。

对于这种失效问题，我们需要用到一些常用的失效分析技术，来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证，本文总结了十大失效分析技术，供参考借鉴。

1.外观检查外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。

外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别，是不是总是集中在某个区域等等。

另外，有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现，是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。

2.X射线透视检查对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X射线透视系统来检查。

X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。

该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。

目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种5D的X光透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。

3.切片分析切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB横截面结构的过程。

通过切片分析可以得到反映PCB（通孔、镀层等）质量的微观结构的丰富信息，为下一步的质量改进提供很好的依据。

但是该方法是破坏性的，一旦进行了切片，样品就必然遭到破坏；同时该方法制样要求高，制样耗时也较长，需要训练有素的技术人员来完成。

通过实验和建模研究先进高强度钢的焊点失效一、引言先进的高强度钢（AHSS）是车身结构设计使用的关键材料，它满足了车身轻量化，以及提高车身耐撞性的条件。

而车身上有数千个焊点，它的焊点性能就变成了一个重要的研究问题。

因此车身结构的力学性能就不仅仅取决于板材的力学特性，还取决于焊点的强度。

所以汽车制造企业非常看重焊点强度的评定。

此外，焊点在一个小区域内融合了多种材料的局部特性。

因此研究焊点的特性就变成了一个非常难的科学问题，它还涉及到很多的领域，比如微电子设备。

AHSS上得焊点较传统的柔性钢材上得焊核界面失效更加的敏感。

它上面的焊点失效特性是由焊核上得细小裂缝缺口的复杂的裂纹扩展形成的，裂纹即可在表面传播形成完全界面失效（FIF），也可以穿过板层形成局部界面失效（PIF）。

这些有别于传统的焊点拉拔失效(BP)，可以从典型的决定焊点性能的准静态十字拉伸和剪切拉伸实验中观察到。

因此，在尝试通过建模得到焊点特性以及承载能力时，搞清楚焊点不同的失效情况的出现是非常必要的。

太多的因素易于影响焊点的力学特性，他们被分成三类：（1）几何因素（焊核大小、板材厚度、试件宽度、夹持距离…）（2）加载类型（剪切、常规载荷或者组合载荷）（3）焊点热循环形成过程中的冶金因素和母材的化学组成成分（不同热影响区的脆性显微结构，夹杂物或者多空性，残余应力…）。

从常规载荷下低碳钢和低合金高强度钢的焊点试验中观察到了塑性失效发生在焊核边缘处。

高合金钢在同样载荷下会出现脆性界面断裂。

低碳钢或者先进高强度钢的大焊点在承受剪切拉伸的时候在靠近焊核附件的母材区发生有局部应变造成的断裂，引起拉拔失效。

小焊点失效发生在结合面和剪切断裂面处。

在以上这些焊点断裂知识下，建立焊点在给定载荷下的承受能力模型可以有以下几种方法：1、经验模型回归分析或者数据采集方法被用于直接预测在给定载荷或者失效模型下的焊点强度，也可以用于判定焊核强度以此来预测材料的某种关键属性（比如断裂韧性）。

PCB焊点失效以及无铅BGA返修工艺分析摘要：以实际工作经验和测试为基础，就 BGA 焊点缺陷表现、形成原因及检测方法等问题展开论述。

通过典型案例对焊接中出现的裂纹形成原因进行了分析和归纳，并对改善 BGA 焊点质量提出了一些建议。

随着高密度电子组装的发展,BGA的面积越来越大,引脚数不断增加,广泛地应用到PCB的组装中,从而对电子组装工艺提出了更高的要求,特别是对于无铅BGA的返修。

因为BGA返修台是一个相对开放的系统,而且无铅焊接需更高的温度,因此需要更高的工艺要求才能保证BGA的返修质量。

从无铅焊接工艺和BGA返修台结构的角度,介绍了一种适用于BGA返修的方法。

关键词：BGA；回流焊接；无铅焊接；返修Analysis of PCB solder joint failure and lead-free BGArework processZHAO Shuai-feng(Guilin University of Electronic Technology, Electromechanical engineering college, Guilin)Abstract:Based on the production and testing experience, the BGA solder joint defects , their causes of detection methods were discussed.Typical cases were analyzed and summarized for the causes of BGA solder joint void and head-in-pillow (HIP). The suggestions were given to improve the performance of BGA solder joint.During high-density electronic assembly developmen, The BGA is used in PCB assembly widely which area is more and more large and solderballs are increased continuously. Electronic assembly process ismore strictly than ever to assure the BGA soldering quality, especially lead free BGA rework process. Because BGA rework is a relative open system and lead free soldering need higher temperature. Introduce an adaptway of lead free BGA rework by lead free soldering process and BGA rework instru-ment structure.Key words: BGA；reflow soldering；Lead free soldering；Rework1 PCB焊点失效分析1.1 PCB焊点失效分析发展背景随着电子产品向小型化、便携化、网络化和高性能方向的发展，对电路组装技术和 I/O 引线数提出了更高的要求，芯片的体积越来越小，芯片的管脚越来越多，给生产和返修带来了困难。