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连接器引脚上锡不良失效分析

(作者:美信检测失效分析实验室)

1.案例背景

送检样品为某款PCBA板，该PCBA板上一连接器在经过SMT后发现个别引脚上锡不良，失效不稳定;该连接器引脚每侧共50个引脚，材质为铜表面镀镍镀锡，PCB焊盘表面为OSP工艺，锡膏成分为Sn-Ag-Cu(95%-3%-0.5%)。

2.分析方法简述

2.1样品外观观察

通过将失效样品和正常样品分别放在体式显微镜下观察，发现失效样品的某些引脚确实存在引脚上锡不良现象，失效引脚位置在连接器上分布不规律，但失效样品主要集中在连接器中间区域，且两端引脚上锡相对较好，典型照片见图1。正常样品表现为两端上锡饱满，中间区域引脚上锡不饱满，典型照片见图2，该现象说明失效可能与位置相关。

上锡不良

上锡不饱满

上锡饱满

图1失效样品典型放大图片

上锡饱满

上锡不饱满上锡饱满

图2正常样品典型放大图片

2.2表面分析

如图3~4所示，分别对NG焊点表面和未使用引脚表面进行表面SEM观察和EDS成分分析，成分测试结果见表1~2，均未发现明显污染元素，说明造成该引脚上锡不良与污染相关性不大。

图3NG焊点表面SEM图片和EDS能谱图

表1NG焊点表面EDS测试结果(Wt%)

SpectrumCONiCuSnTotal

位置13.344.83/1.1590.68100.00

位置22.834.58//92.59100.00

位置32.995.510.82/Sn100.00

图4未使用引脚表面SEM图片和EDS能谱图

表2未使用连接器引脚表面EDS测试结果(Wt%)

SpectrumCOSnTotal

2.755.2791.98位置1100.00

2.745.4391.82位置2100.00

2.3剖面分析

将NG焊点分别按照横向和纵向制作切片，观察焊点内部连接情况:

如图5和表3所示，通过纵向切片可知，焊锡与焊盘间形成良好IMC层，而引脚与焊锡之间出现分离，分层中间存在异物，通过对异物进行成分分析，主要元素为C、O、Sn、Br，怀疑其可能为助焊剂;

如图6和表4所示，通过横向切片可知，NG焊点引脚与焊盘存在偏位现象，表现为两侧不上锡，焊锡与焊盘形成均匀连续的IMC层，引脚底部与焊锡之间亦存在分层，中间也存在异物。通过对分层处进行放大观察，发现引脚底部存在一层锡层，锡层成分为纯锡(如图6中位置1和2所示);而焊点焊锡成分中含少量Ag(位置4和5)，与锡膏(Sn-Ag-Cu:95%-3%-0.5%)中成分相对应。由此可推出，NG焊点引脚底部锡层为引脚表面镀锡层，因此可侧面说明NG焊点在SMT过炉过程中，引脚底部与焊锡没有良好接触。

异物异物

图5NG焊点纵向切片SEM图片及EDS能谱图

表3NG焊点引脚底部与焊锡之间异物EDS测试结果(Wt%)

SpectrumCOBrSnTotal

31.358.1023.0837.48位置2100.00

26.995.7825.1842.05位置3100.00

28.604.3318.5148.55位置4100.00

Cu基

IMC层

锡

焊锡

Cu基

图6NG焊点横向切片SEM图片及EDS能谱图

表4NG-3#焊点引脚底部与焊锡之间EDS测试结果(Wt%)SpectrumCOCuAgSnTotal

1.060.780.70/97.46位置1100.00

位置21.070.770.57/97.59100.00

位置313.5116.401.75/68.35100.00

1.190.891.153.5293.26位置4100.00

1.230.920.932.3094.63位置5100.00

2.4引脚剥离成分分析

用机械方式将NG焊点剥离，发现引脚剥离力较小，说明连接器引脚与焊盘为假焊。分离后，发现焊锡表面及引脚底部存在较多异物，通过对异物进行FTIR成分分析，主要检测到羧酸结构类物质，说明该异物确实为助焊剂，见图7~9。助焊剂大量残留说明可能存在炉温问题，例如预热时间过短、峰值温度偏低等情况。对剥离后PCB端焊点和引脚进行表面观察，注意到NG焊点引脚剥离后焊锡在焊盘上润湿良好，表面光亮圆滑，进一步说明在过炉过程中，引脚与焊锡未接触。

测试位置

图7剥离后焊锡图片图8剥离后引脚图片

图9NG焊点焊锡表面异物FTIR图谱

2.5可焊性分析

为了验证引脚不上锡与其自身可焊性的相关性，参考标准IPC-J-STD-