FPC焊点剥离失效分析

一、案例背景

FPC在后续组装过程中,连接器发生脱落。在对同批次的样品进行推力测试后,发现连接器推力有偏小的现象。据此进行失效分析,明确FPC连接器脱落原因。

#1、#2样品连接器脱落连接器脱落;#3样品连接器未脱落;#4样品连接器推力OK。

二、分析过程

#1 样品

1、外观分析

FPC焊点剥离失效分析_第1张图片

FPC焊点剥离失效分析_第2张图片

测试结果:剥离面呈现灰黑色,表面平整,有少量锡残留

2、剥离面分析

▼ SEM分析

FPC焊点剥离失效分析_第3张图片

FPC焊点剥离失效分析_第4张图片

测试结果:剥离面平整,表面呈现Ni晶格状态,有少量锡残留。

▼ EDS分析

FPC焊点剥离失效分析_第5张图片

测试结果:P含量为14.92%,呈异常状态。

3、失效点断面分析

▼ 断面金相分析

FPC焊点剥离失效分析_第6张图片

暗场光

FPC焊点剥离失效分析_第7张图片

明场光

测试结果:FPC侧焊盘表面焊锡剥离,两端有焊锡残留。

▼ 断面SEM/EDS分析

1)PCB侧切片SEM分析:

FPC焊点剥离失效分析_第8张图片

测试结果:剥离面处于FPC富磷层,富磷层厚度高达1.24μm,且FPC Ni层存在贯穿性Ni腐蚀。

2)FPC侧切片SEM分析:

FPC焊点剥离失效分析_第9张图片

测试结果:FPC残留锡位置有明显的贯穿性Ni腐蚀,形成的IMC层呈现块状。部分位置IMC层偏厚,富磷层厚度为0.69μm。

3)FPC侧切片EDS分析:

FPC焊点剥离失效分析_第10张图片

FPC焊点剥离失效分析_第11张图片

测试结果:富磷层P含量为21.24%(说明Ni过渡析出),正常Ni层P含量为9.97%。

#2 样品

1、外观分析

FPC焊点剥离失效分析_第12张图片

#2-1

FPC焊点剥离失效分析_第13张图片

#2-2

测试结果:剥离面呈现灰黑色,表面平整,有少量锡残留。

2、剥离面分析

▼ SEM分析

FPC焊点剥离失效分析_第14张图片

FPC焊点剥离失效分析_第15张图片

测试结果:剥离面平整,表面呈现Ni晶格状态,仅有少量锡残留。

▼ EDS分析

FPC焊点剥离失效分析_第16张图片

测试结果:P含量为15.32%,呈现异常状态。

3、失效点断面分析

▼ 断面金相分析

FPC焊点剥离失效分析_第17张图片

暗场光

FPC焊点剥离失效分析_第18张图片

明场光

测试结果:PCB侧焊盘表面焊锡剥离,引脚两侧有焊锡残留。

▼ 断面SEM/EDS分析

1)PCB侧切片SEM分析:

FPC焊点剥离失效分析_第19张图片

测试结果:FPC残留锡位置形成的IMC层呈现块状,厚度严重超标。同时富磷层厚度高达1.20μm,FPC Ni层存在腐蚀现象。

2)局部SEM分析:


FPC焊点剥离失效分析_第20张图片

FPC焊点剥离失效分析_第21张图片

测试结果:剥离面处于FPC富磷层,富磷层厚度为1.15μm。

3)FPC侧切片EDS分析:


FPC焊点剥离失效分析_第22张图片

FPC焊点剥离失效分析_第23张图片

测试结果:富磷层P含量为16.27%(说明Ni过渡析出),正常Ni层P含量为11.37%,IMC层Cu含量偏高。

4、MARK点PAD分析

 选取FPC上的一个MRAK点,采用化学褪金后对其进行观察分析

1)表面SEM分析:


FPC焊点剥离失效分析_第24张图片

FPC焊点剥离失效分析_第25张图片

测试结果:MARK点褪金后观察其表面状态,有明显的Ni层腐蚀异常。

2)表面EDS分析:


FPC焊点剥离失效分析_第26张图片

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测试结果:表面P含量最大值11.33%。

3)切片断面SEM分析:


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FPC焊点剥离失效分析_第29张图片

测试结果:Ni层未见明显异常。

4)断面EDS分析:


FPC焊点剥离失效分析_第30张图片

FPC焊点剥离失效分析_第31张图片

测试结果:Ni层P含量9.97%。

#3 样品

1、外观分析


FPC焊点剥离失效分析_第32张图片

测试结果:未发现明显异常。

2、X-RAY分析

FPC焊点剥离失效分析_第33张图片

#3-1

FPC焊点剥离失效分析_第34张图片

#3-2

FPC焊点剥离失效分析_第35张图片

#3-3

测试结果:#3样品焊点气泡较多(图片中白色阴影为焊点)

3、连接器焊点断面分析

▼ 断面金相分析

FPC焊点剥离失效分析_第36张图片

暗场光

FPC焊点剥离失效分析_第37张图片

明场光

测试结果:焊接润湿性良好。

▼ 断面SEM/EDS分析

1)SEM分析:

FPC焊点剥离失效分析_第38张图片

测试结果:焊接IMC层呈现离散、块状、厚度大等异常。富磷层厚度远超正常(0.2-0.5μm)状态,在0.8μm以上。

3)EDS分析:


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测试结果:富磷层P含量为12.59%,正常Ni层P含量为9.18%。

#4 样品

1、外观分析


FPC焊点剥离失效分析_第41张图片

测试结果:未发现明显异常。

2、X-RAY分析

FPC焊点剥离失效分析_第42张图片

#4-1

FPC焊点剥离失效分析_第43张图片

#4-2

测试结果:焊点气泡较多。

3、连接器焊点断面分析

▼ 断面SEM/EDS分析

1)SEM分析:

FPC焊点剥离失效分析_第44张图片

测试结果:富磷层1.03μm,IMC层呈现块状、超厚等现象。整体说明焊接质量存在明显的缺陷。

2)EDS分析


FPC焊点剥离失效分析_第45张图片

FPC焊点剥离失效分析_第46张图片

测试结果:富磷层P含量为16.04%(说明Ni过渡析出),正常Ni层P含量为8.51%,IMC层Cu含量偏高。

三、分析结果

综合以上分析,推断连接器脱落的原因为FPC镍层腐蚀及焊点强度低,具体失效解析如下:

① FPC镍镀层存在明显的镍腐蚀,降低了焊点的连接强度;

② 连接器与FPC焊接形成的富磷层在1μm左右,IMC层呈现块状、离散、超厚的异常现象,远超出合理范围,在这种状态下,焊点强度会明显降低。

四、改善建议

① 对镍腐蚀现象进行工艺控制;

② 对SMT回流制程的参数进行优化,使IMC及富磷层状态符合要求(IMC厚度0.5-3.5μm,连续、致密,富磷层厚度0.2-0.5μm)。

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