電子產品失效分析

【摘要】某PCBA燈飾產品SMT上件后出現LED燈珠脫落現象，通過表面金相觀察，斷面金相觀察，SEM觀察，EDS分析，可焊性試驗等手段查找失效原因。PCBA樣品掉件位置全部發生在B面，A面為電阻、電容、IC等元器件分布，B面為LED燈珠分布。

1、案例背景

失效樣品為某型號燈飾PCBA板，該PCB板經過2次回流焊，掉件位置全部發生在B面(第二次上件面)，樣品的失效率大概在百分之五左右。

2、分析方法簡述

2.1表面金相觀察

通過對PCBA樣品（B面未上件）進行金相觀察(圖1) 發現掉件位置焊盤局部表面有發黑現象

               圖1金相觀察

2.2 PCBA樣品（B面未上件）SEM觀察

對PCBA樣品（B面未上件）進行表面SEM觀察(圖2)，發現金面有點狀腐蝕現象。

                圖2表面SEM觀察

2.3 PCBA樣品（B面未上件）褪金后SEM觀察

對PCBA樣品（B面未上件）褪金后進行表面SEM觀察(圖3)，發現鎳面有點狀腐蝕現象。

  圖3 PCBA樣品（B面未上件）褪金后表面SEM觀察

2.4 PCBA樣品（B面未上件）與已過2次回流焊樣品 (非客戶提供樣品) 金面SEM觀察對比分析

PCBA樣品（B面未上件）金面(圖4)與對比樣品（對比樣品為非客戶提供樣品，已經過2次回流焊）的金面(圖5)進行對比，金面無明顯腐蝕現象。

圖4 PCBA樣品（B面未上件）金面SEM觀察        圖5對比樣品金面SEM觀察

2.5 PCBA樣品（B面未上件）與已過2次回流焊樣品 (非客戶提供樣品) 鎳面SEM觀察對比分析

PCBA樣品（B面未上件）鎳面(圖6)與對比樣品（對比樣品為非客戶提供樣品，已經過2次回流焊）的鎳面(圖7)進行對比，掉件位置焊盤鎳面有明顯的點狀腐蝕現象。

圖6掉件位置焊盤鎳面SEM觀察               圖7對比樣品鎳面SEM觀察

2.6 PCBA樣品（B面已上件）B面掉件位置表面SEM觀察

PCBA樣品（B面已上件）B面掉件位置進行表面SEM觀察，發現表面無明顯焊錫殘留，并且觀察到龜裂的鎳面。(圖8)

     圖8 B面掉件位置表面SEM觀察

2.7 PCBA樣品（B面已上件）B面掉件位置表面EDS分析

PCBA樣品（B面已上件）B面掉件位置進行表面EDS分析，檢出“C”、“O”、“P”、“Ni”、“Zn”、“Sn”、“Pb”元素，未發現異常元素。(圖9)

                         圖9  B面掉件位置表面EDS分析

2.8 PCBA樣品（B面已上件）B面掉件位置斷面金相觀察

PCBA樣品（B面已上件）B面掉件位置進行斷面金相觀察，發現焊盤表面無明顯焊錫殘留。(圖10)

       圖10  B面掉件位置斷面金相觀察

2.9 PCBA樣品（B面已上件）B面掉件位置斷面SEM觀察

PCBA樣品（B面已上件）B面掉件位置進行斷面SEM觀察，發現鎳層表面無明顯焊錫殘留，并且有鎳腐蝕現象，腐蝕深度為0.720μm，其中鎳厚2.920μm。(圖11)

      圖11 B面掉件位置斷面SEM觀察

2.10 PCBA樣品（B面已上件）B面未掉件位置斷面金相觀察

PCBA樣品（B面已上件）B面未掉件位置進行斷面金相觀察，未發現明顯異常現象。(圖12)

     圖12 B面未掉件位置斷面金相觀察

2.11 PCBA樣品（B面已上件）B面未掉件位置斷面SEM觀察

PCBA樣品（B面已上件）B面未掉件位置進行斷面SEM觀察，發現IMC層底部有空洞現象，即IMC層不連續，IMC層厚度為0～2.540μm；發現有鎳腐蝕現象，腐蝕深度為0.801μm，其中鎳厚3.100μm。(圖13)

                                   圖13 B面未掉件位置斷面SEM觀察

2.12 PCBA樣品（B面未上件）B面焊盤可焊性試驗

PCBA樣品（B面未上件）B面焊盤上使用客戶提供的錫膏進行可焊性試驗，試驗溫度為220℃（板面溫度），時間為1分鐘；對試驗后的樣品進行觀察，所進行試驗的2個位置的錫膏均能潤濕擴散。(圖14)

圖14 PCBA樣品（B面未上件）B面可焊性試驗

2.13 PCBA樣品（B面未上件）B面焊盤可焊性試驗后斷面SEM觀察

PCBA樣品（B面未上件）B面可焊性試驗后進行斷面SEM觀察，觀察到IMC層形成連續，IMC層厚度為0.340～1.600μm；發現有富磷層現象，富磷層厚度為0.349μm，其中鎳厚為4.800μm。(圖15)

圖15 PCBA樣品（B面未上件）B面可焊性試驗后斷面SEM觀察

4、結論

1. 對掉件異常斷裂位置進行斷面觀察，發現IMC層與鎳層位置分離，并對掉件后的焊盤表面觀察發現界面平整，有發黑現象；

2. 對異常產品未上件的焊盤表面觀察，發現金面有點狀腐蝕現象，并進一步剝金觀察鎳面發現同樣存在點狀腐蝕現象；

3. 通過斷面觀察未掉件位置的IMC層狀況，發現IMC層不連續、IMC層底部有鎳腐蝕及空洞現象。

綜上所述，推測本次掉件的主要原因為IMC層不連續、IMC層底部有鎳腐蝕及空洞現象，造成IMC層與鎳層結合力不足，從而造成本次不良。

5、建議

1. 側重排查PCB拆封后到焊接前過程中腐蝕物質來源。

2. 確認回流焊曲線參數。