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
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]。
车身焊点虚焊案例分析及解决方法
虚焊失效 的潜在原 因． 解决虚焊 的质量 问题 ， 从 而提 升车 身焊接质量 。
关键 词 ： 焊点； 虚焊； 焊接位置； 电极头； 焊接分流； 焊接参数
中图分类号 ： Ｕ ４ ６ ６ ‘ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ — ０ ０ ７ ７ — ０ ２
容 易 造成 焊 点虚 焊失 效 。
接时间都在正常范 围内，但在对焊接过程分析发现
内板与安全带螺母板 的焊点虚焊 ，工程师需对 焊接操作 时未摆正焊枪垂 直焊接 ，焊接后焊点存在 虚焊 的焊点进行调查分析 ， 对焊接参数进行检查 ， 确 扭 曲， 同时只有 １ ／ ３ 左右 的电极压痕 ， 发现 问题后对 保焊接电流、 焊接电压和焊接时间都在正常范 围， 另 员工进行培训并按要求垂直焊接 。 外， 电极头端要面对 中， 且 按要求修磨 ， 电极端面符 针对上述情况 ，需要对员工上 岗前进行操作培 合工艺要求 。经过检查发现 ， 虚焊焊点的位置都是焊 训 ，让员工清楚焊枪未摆正垂直焊接会造成焊点扭 接在内板和螺母板搭接配合的 Ｒ角上（ 图２ ） 。但是 ， 曲虚焊失效的风险 ，并在过程审计 中检查员工焊接 通过零件的匹配检查 ，发现 内板和螺母板搭接配合 操作。
通 常一辆汽车的白车身约有 ３ ０ ０ ０～５ ０ ０ ０ 个焊 的 Ｒ角还存在 ２ ｒ 啪 的间隙 ， 进一步调查发现焊接位 点 ，这些焊点的质量直接影响整车装配 和车身 的强 置偏离是 由于零件装夹未到位 ，发现 问题后员工确
度， 甚至影响车辆的行驶安全性能。虚焊是焊点质量 认零件装夹到后才进行焊接。 不可接受的一种失效模式 ，因此焊点虚焊 的过程质 量控制尤为重要 。所谓焊点虚焊是焊点无熔核或焊 点熔核尺寸小于规定值 ，虚焊的主要影响 因素有员 工操作 、 物料、 设备、 焊接参数等 ， 如图 １ 所示 。
波峰焊焊点常见不良与对策课件
04
波峰焊焊点不良的对策与解决方 案
优化焊接参数
01
焊接温度
选择适当的焊接温度，确保焊料 充分熔化，同时避免温度过高导 致焊点氧化。
焊接时间
02
03
波峰高度
合理设置焊接时间，确保焊料充 分流动和润湿，形成良好的焊点 。
调整波峰高度，使焊料充分覆盖 被焊件表面，同时避免过量的焊 料造成溢流。
选择合适的焊接材料
波峰焊焊点常见不良与对策课件
目录
• 波峰焊技术简介 • 波峰焊焊点常见不良现象 • 波峰焊焊点不良的原因分析 • 波峰焊焊点不良的对策与解决方案 • 案例分析 • 总结与展望
01
波峰焊技术简介
波峰焊技术的定义
波峰焊技术是一种将熔融的液态焊料，借助泵的作用，在焊 料槽内周期性波动，浸渍到线路板的焊接面上，经过加热润 湿作用，再经过冷却凝固的焊接过程。
焊点气泡
总结词
焊点气泡是指焊点内部存在气体，形成气泡的现象。
详细描述
气泡可能是由于焊接过程中未排除被焊件表面的气体、焊接温度过高或焊接时间过短等原因造成的。气泡可能导 致电路性能下降或短路，影响产品的可靠性和稳定性。
焊点氧化
总结词
焊点氧化是指焊点表面形成一层氧化膜，导致焊点表面失去光泽的现象。
详细描述
总结词
助焊剂的选用和涂敷方式对焊接效果也有很 大影响。
详细描述
助焊剂的活性不足或涂敷不均匀，可能造成 焊接不良，如脱焊、虚焊或冷焊等。
焊接环境影响
总结词
焊接环境对焊点质量的影响不容忽视 。
详细描述
环境温度、湿度和洁净度等条件不佳 ，可能造成焊锡氧化、冷凝或污染， 进而影响焊接效果。
总结词
典型焊接失效模式及机理
1.1 焊接工艺原理
四种扩散形式： 表面扩散；晶内扩散；晶界扩散；选择扩散
1.1 焊接工艺原理
③ 合金化 冶金结合，形成金属间化合物IMC(Intermetallic Compound)。
典型焊接失效模式及机理
目录
1. 焊接原理及焊接工艺失效案例
1.1 焊接工艺原理 1.2 焊接工艺缺陷案例分析
3. 电化学迁移相关机理及失效案例
3.1 焊接过程中的化学反应 3.2 离子残留失效案例分析 3.3 电化学迁移失效机理
2. 焊点疲劳失效机理及评价方法
2.1 热疲劳失效 2.2 焊点疲劳寿命评价方法
1.2 典型焊接工艺失效案例分析
④ 机械过应力失效案例分析 避免应力失效： ➢ 增加焊点的强度（改变焊接材料、增加焊接面积、改善焊点润湿情况、改善IMC） ➢ 减少器件和板之间的相对位移（减少振动、冲击条件下的应力） ➢ 在振动应力强的情况下，增加支撑（点胶固定） ➢ 器件长轴和应力方向平行 ➢ 器件避开应力发生位置
4. 元器件典型工艺失效案例分析
4.1 电子元器件可靠性概述 4.2 电子元器件可焊性不良失效案例分析 4.3 塑封器件潮湿敏感损伤失效案例分析 4.4 器件锡须失效机理及案例分析 4.5 器件ESD失效机理及案例分析
1. 焊接原理及焊接工艺失效案例
1.1 焊接工艺原理
1.2 焊接工艺缺陷案例分析 ➢ 典型焊接工艺缺陷分析 ➢ 枕头效应失效案例分析 ➢ 焊点过应力失效机理机案例分析 ➢ 无铅PCB坑裂失效案例分析
1.1 焊接工艺原理
润湿的不同状态
焊点的最佳润湿角 15~45°
焊点失效分析技术与案例-经典共52页文档
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
焊点失效分析技术与案例-经典
6
、
露
凝
无
游
氛，天高风景澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
52
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
焊点失效分析技术与案例-经典
1.0 PCBA焊点可靠性的位置与作用
电子电 器核心
PCBA (Printed Circuit Board Assembly 印制电路组件 )
焊 点 可 靠 性
互连可靠性 （压 其接 它绑 ）定
PCB 可 靠 性
可元 靠器 性件
1.1 导致PCBA互连失效的主要的环境原因
Source: U.S. Air Force Avionics Integrity Program
镍镀层的组成EDX分析（P含量偏低）
4.1 MP3主板焊点脱落原因分析(7)
Au Ni Cu LAMINATE
ENIG Finish Pad 结构示意图
分 析 结 论
PCB焊盘金镀层和镍镀层结构不够致密，表面存在裂缝，空气中的水份容 易进入以及浸金工艺中的酸液容易残留在镍镀层中；同时镍镀层磷含量 偏低，导致了镀层耐酸腐蚀性能差，容易发生氧化腐蚀变色，出现 “黑 焊盘”现象，使镀层可焊性变差。通常作为可焊性保护性涂覆层的金镀 层在焊接时会完全溶融到焊料中，而镍镀层由于可焊性差不能与焊料形 成良好的金属间化合物，最终导致元器件因焊点强度不足而容易从PCB板 面脱落。
1.2 PCBA焊点的主要失效模式
主要失效模式
假 焊 虚 焊
机 械 强 度 低
疲 劳 寿 命 低
腐 蚀
其 他
1.3 PCBA焊点形成过程与影响因素
焊点形成的基本过程 润湿
扩散 冶金化
最关键步骤，影响因素：PCB、 元器件、焊料、焊剂设备、 工艺参数
焊接温度、焊接时间、冷却时间
焊接温度、焊接时间
1.3.1 焊点形成的关键－润湿过程分析
FA－Case1: MP3主板焊点脱落原因分析 FA－Case2：FPC焊盘失效分析（1853） FA－Case3：CMOS/CS 焊点开路失效分析（1773）
一种典型的PCBA组件焊点失效研究
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失效分析技术与典型案例
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。
前言 PCB 作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽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。随着电子信息产品的小型化 以及无铅无卤化的环保要求，PCB 也向高密度高 Tg 以及环保的方向发展。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，并因此引发了许多的质量纠纷。为了弄 清楚失效的原因以便找到解决问题的办法和分清责任，必须对所发生的失效案例进行失效分析。本 文将讨论和介绍一部分常用的失效分析技术，同时介绍一些典型的案例。
综合上述分析可知，PP 层粘接材料的局部固化不足，增大了 PCB 在高温强热中所受的的应力， 外层铜箔与 PP 层树脂结合力不足， 降低了铜箔与树脂之间的结合强度， 而这些均与板的层压工及艺 粘接材料的性能相关。 PCB 板吸潮又严重降低了 PCB 的耐热性能，使得 PCB 在过回流焊中水份急剧 汽化导致出现爆板分层失效现象。 结论
1.1 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。
PCB失效分析技术总结及实用案例分享
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。
通过建模以及实验研究先进高强度钢的焊点失效
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）。
5系铝合金裙板电阻点焊失效分析
实测（裙板） 0． 08 0． 34 0． 04 0． 52 4． 58 0． 07 0． 11 0． 02 94． 1
实测（支架） 0． 07 0． 3 0． 05 0． 59 4． 61 0． 06 0． 11 0． 01 94． 1
3 失效焊点宏观分析
为了解失效焊点的内部真实情况，对裙板失效 焊点进行了断面宏观金相分析，以确认焊点失效的 发源点或缺陷（ 见图 2）。从图 2（ a） 可以看出起裂 点为点焊结合面的焊点边缘，在法向外力的作用下， 裂纹沿焊点边缘向母材扩展，但未延伸到母材外表 面；图 2（b）的宏观断面是取自焊点外表有贯穿性裂 纹失效显示的焊点，其起裂点也是沿点焊结合面的 焊点边缘发生，而后在法向外力的作用下，向焊点内 部扩展，并发展到母材外表面。
［3］ 吴为扬． 轴承套圈磨削烧伤和磨削裂纹的探索［J］． 就业与 保 障，2007（3） ：43 － 44．
［4］ 于永江． 硬齿面齿轮、齿轴磨削烧伤裂纹产生的原因及解决办法 ［J］． 中国新技术新产品，2016（3） ：50 － 51．
［5］ 宋亚虎，刘铁山，史向阳，等． 齿轮磨削烧伤检测技术现状及发展 趋势［J］． 理化检验（ 物理分册） ，2014，50（10） ：715 － 717． □
（ 编辑：林素珍）
14
程石来 张永杰 林 燕等 5 系铝合金裙板电阻点焊失效分析
轨道交通装备与技术 第 6 期 2016 年 11 月
2 焊接工艺及母材分析
根据 ISO15614—12 规定，电阻点焊的工艺评定
（ WPQＲ） 是根据设备及材料、板厚的不同而分别进
行的，不存在覆盖范围。查阅项目之初的 WPQＲ 数
1 失效故障调查
通过对电阻点焊后的失效焊点进行统计，发现 所有失效的焊点均发生在裙板的固定座与裙板间。 其失效方式共有 2 种：裂纹横贯焊点，如图 1 （ a） 所
车厂焊接PFMEA案例
O
D
RPN
电极没有及时 修磨,焊点直径 过大 焊点易被破 焊接不牢固/ 坏、制件开 虚焊 焊 电极头修磨不 规范 焊接电流小、 焊接时间短、 电极压力低 焊接电流大、 焊接时间长、 电极压力低 冲压件表面有 油污 电极错位 搭接间隙大 定位销、定位 块松动 6 定位销过度磨 损
3
每班修磨电 极一次
试片破坏试 验1次/周、 目测颜色 目测 智能阻焊参 数测试仪， 油压式加压 力计 智能阻焊参 数测试仪， 油压式加压 力计 目测 目测 目测 手触
擦拭 点检、维护 修整 每班点检 每周点检
7 5 5 7 5
84 105 70 84 90 跟踪周期(回 归分析)
焊穿
增加返修量 下工序，制 件不易放置 到位，增加 调整量
7
电极错位 搭接间隙大 定位销、定位 块松动 定位销过度磨 损
焊接件尺寸 不合格
6
潜在失效模式及后果分析 （过程FMEA）
项目名称： 车型年度/车辆： 核心小组： M11 M11 过程责任部门： 关键日期： 焊装技术部、焊装车间 编制者： FMEA日期：（编制）
3
每班修磨电 极一次
试片破坏试 验1次/周、 目测颜色 目测 智能阻焊参 数测试仪， 油压式加压 力计 智能阻焊参 数测试仪， 油压式加压 力计 目测 目测 目测
频 潜在失效起因/ 机理 电极没有及时 修磨,焊点直径 过大 电极头修磨不 规范 度 （O） 3 现行预防 过程控制 现行探测 过程控制 试片破坏试 验1次/周、 目测颜色 目测
风 探 险 R 测 顺 P 度 序 N （D） 数 7 105
措施执行结果
建议措施 责任和目标完 成日期 采取的措施 S
O
过程 功能 要求
BGA焊点可靠性测试和失效分析1
焊盘效果
物料代购
焊盘设计-SMD ：
优点： 较强的附着力，较大的剥离强度 较好的热传递 适合多次重工，返修 返修过程中，外力冲击不容易掉焊盘 Solder Mask Defined Solder ball 缺点： 影响于阻焊膜较差的尺寸精度 阻焊油开窗偏离焊盘中心 PC board Solder mask Cu Pad
1. 良好BGA焊点对PCB焊盘设计要求：
焊盘的设计： SMD --- Solder Mask Defined NSMD---Non Solder Mask Defined
SMD
焊盘效果
NSMD
全球最大的高速PCB设计中心 | 国内首家SMT快件厂商
焊盘外观
PCB设计 PCB制板 SMT加工
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PCB设计
PCB制板
SMT加工
物料代购
PCB 制板不良典型案例：
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PCB设计
PCB制板
SMT加工
物料代购
来料检查：
阻焊窗未开好
焊盘氧化
BGA回流焊接工艺控制及温度监测
光学显微镜下对BGA焊点检查和判定
对BGA焊点典型的可靠性测试及失效分析
PBGA焊点缺陷鱼骨图分析
确保焊点长期可靠性，对BGA底部胶水填充处理，及三防处理。
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PCB设计
PCB制板
SMT加工
物料代购
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PBGA焊点开路失效原因分析及工艺改进措施
１．１焊 接 浸 润 不 良引 发 开 路 图１是 一个ＰＢＧＡ￣Ｆ路焊点 的横截 面图 。开 路部位位 ＝ＪａＰＣＢ板一侧的焊锡和金属间化合物 （ＩＭＣ）之间 ，失效 焊 点处于球 阵列的 中间部位 。焊锡浸 润不 良是造 成此种
１３ 环境技术 ／Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｍ ｌ／环境试验 ｎｖｉｒ ｏ ｎ ｇ
失 效 的 主 要 原 因 。 造 成焊 锡 浸 润 不 良 的 一 个 可 能 的 原 因是 ｌ （ Ａ焊 盘 的
可 焊 性 差 通 常 情 况 下 ， 为 ｒ防 止 锏 焊 盘 的 可 焊 性 退 化 ，焊 盘 上往往覆盖一 层锡铅合金 。 ｝ｈ于锡 铅合金 的组 成／形态 以及 ＰＣＢ板 的时＇＝存条件 等不够珲怨 ，造成其 对焊 盘的保护 效果 变差 。使 得铜焊盘 的可焊性退 化 另一 ’ 面 ，对 于 双 ｉ 安 装 的 ＰＣＢ板 ，一 般 主 而 板 在 焊 装 器 件 要 经 受 一 次 回流 焊 加 热 过 程 ，此 过 程 也 会造 成 焊 盘 的 可 焊 性 退 化 。ＢＧＡ器 件 一 般 在 主 面板 一 侧 ，而 且 ＢＧＡ焊 盘 的 尺 寸 非 常 小 ，焊 盘 卜的焊 膏 量 也 就 非 常 少 ，加 之 焊 接 ＢＧＡ的焊膏 中通常 使用免清 洗助焊 剂 ，以上诸 多 因素 都 会造成焊接浸涧不 良
ｃａｓｅｓ， ｓｅｖｅｒａｌ ｏｐｅｎ ｄｅｆｅｃｔ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ， ｎａｍｅｌｙ， ｏｐｅｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｐｏｏｒ ｗｅｔｔｉｎｇ， ｂｙ ｐｏｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＰＣＢ ｂｏａｒｄ， ｂｙ ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｓｏｌｄｅｒ ｐａｓｔｅ． Ｐｒｏｆｉｌｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｅｆｅｃｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎａｌｙｓｅｓ．
PCB焊点失效以及无铅BGA返修工艺分析分解
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。
失效分析典型案例--焊点质量
小结
引起元件脱落的可能原因 1、焊盘被污染 2、金层质量（污染、太厚/太薄及晶粒粗大） 3、镍层质量（镍腐蚀、P含量：7~11%） 4、IMC太厚/太薄（1~3μm） 5、富P层太厚
案例3.插件孔焊接后吹孔失效分析
NG样品和光板插件孔均发现明显孔破现象，此类现象的存在，在生产及 储存过程中容易储存湿气，在后期焊接中，孔破处存储的湿气在高温下 易膨胀而产生一定气压，往外将孔中灌入的焊锡吹出，形成“吹孔”； 光板孔壁还发现部分铜瘤位置存在铜层褶皱现象，其间隙易存储湿气， 且会降低铜层的连续性和厚度均匀性，大大降低铜层的抗拉伸性能，在 后续焊接高温下，由于板材Z轴方向的膨胀，这些铜层褶皱位置很容易 出现开裂形成孔破，进而诱发“吹孔”现象的产生。
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小结
引起焊接不良的可能原因 1、焊盘被污染 2、焊盘氧化严重 3、锡层太薄
案例2.元件脱落失效分析
通过表面形貌观察，焊盘发现严重镍腐蚀，进一步通过切片观察发 现存在较多贯穿镍层镍腐蚀和IMC不连续的现象。
通过表面形貌观察光板金面良好，剥金后发现 镍面存在严重镍腐蚀，大量存在细密镍腐蚀。 从沉金后的外观仍然给人良好的假象。当这种 焊盘进行焊接时，作为可焊性保护层的金迅速 溶解到焊料中去，而被腐蚀氧化了的镍则不能 与熔融焊料形成良好的IMC层，导致可焊性及焊 点可靠性严重下降。
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Delamination
2.FCOB倒装焊点空洞以及 微裂纹分析
利用高频超声波在材料不连续界面上反射产生的位相及振幅变化来成像
3.5 红外热相分析 IR－Thermal Image
失效定位 模式判定 1.PCBA温度分布分析 2.模块温度分布分析 （温度过高、过低部位的 焊点往往是虚焊或开路）
3.6 红外显微镜分析 FT－IR Microscopy
slg
sgs
Gas 气相
q
sls
solder Pad(Device PCB)
1.4 PCBA焊点的主要失效机理（1）
Solder Joint Stress / Strain from Thermal Cycles
1.4 PCBA焊点的主要失效机理（2）
Solder Joint Stress / Strain from Vibration
1.2 PCBA焊点的主要失效模式
主要失效模式
假 焊 虚 焊
机 械 强 度 低
疲 劳 寿 命 低
腐 蚀
其 他
1.3 PCBA焊点形成过程与影响因素
焊点形成的基本过程 润湿
扩散 冶金化
最关键步骤，影响因素：PCB、 元器件、焊料、焊剂设备、 工艺参数
焊接温度、焊接时间、冷却时间
焊接温度、焊接时间
1.3.1 焊点形成的关键－润湿过程分析
失效原因
分析 1.焊点表面（有机） 污染物分析（分析腐 蚀失效原因） 2.可焊性不良的焊盘 表面有机污染物分析 （分析焊点开路或虚 焊的深层次原因）
金手指有机沾污
3.7 能谱与扫描电镜分析 EDX& SEM
失效原因分析 1.焊点金相组织观察 与成分分析 2.可焊性不良的焊盘 表面污染物分析 （分析焊点开路或虚 焊的深层次原因）
主要设备：Feinfocus X-ray Inspection System : FXS-160.40 3DX检测，分辨率 ～1微米
3.2.1 X－ray Inspection失效定位举例－开路
x x
x x
x
µBGA:高放大倍率下双精度斜面观察. 开路的焊接点（X）
3.2.2 X－Ray Inspection失效定位举例－桥联
2.0 失效分析的基本方法与程序（1）
报 告
失效定位
失效机理分析
失效原因分析
无损分析
破坏性分析
收集分析与失效有关的文件资料及背景材料 在立体显微镜下检查PCBA，记录任何异常现象（可疑的焊点、机械损伤、 变色、污染或腐蚀等） 从电性能的角度确定失效以及失效的部位 普通显微镜观察不到的部位，通常需要X射线透视检查
1.5 PCBA焊点的主要失效原因分析
1.元器件引脚不良 主 要 失 效 原 因 2.PCB焊盘不良
镀层、污染、氧化、共面 镀层、污染、氧化、翘曲 组成、杂质超标、氧化
3.焊料质量缺陷
4.焊剂质量缺陷
低助焊性、高腐蚀、低SIR 设计、控制、设备 胶粘剂、清洗剂
5.工艺参数控制缺陷
6.其它辅助材料缺陷
3.1 外观检查 Visual Inspection
1.润湿角 2.失效部位 3.批次或个别 4.焊点表面颜色
主要工具：立体显微镜、金相显微镜、光学显微镜
失效ay Inspection
1.焊点内部缺陷检查
失效定位 模式判定
2.通孔内部缺陷 3.密集封装BGA、CSP缺陷焊点定位 4.PCB缺陷定位
2.0 失效分析的基本方法与程序（2）
与线路板相关的失效一般作破坏性的金相切片分析，寻找失效根源
与元器件相关的失效通常需要开封分析与切片分析 而与污染、腐蚀导致的失效通常无需开封与切片分析 SEM/EDS分析进一步确认失效的根源，元素分析可以揭示化学与材料的影响因 素 FT－IR显微镜确证导致污染或腐蚀失效的污染物的组成及其来源 综合分析各分析结果与背景材料，形成初步结论 进行必要的验证试验（如元器件与PCB的可焊性测试等）
形成最终结论，编制报告
2.1 PCBA焊点失效分析的注意事项 不要随意回流那些可疑失效元器件的焊点 不要使用机械或电气的探头企图拟合开路 的焊点与PCB通孔 不要污染或损伤样品
－－－保护现场！！！
3.0 焊点失效分析技术
1.外观检查 Visual Inspection 2.X射线透视检查 X－Ray Inspection 3.金相切片分析 Microsection Inspection 4.扫描超声显微镜检查 C－SAM Inspection 5.红外热相分析 IR－Thermal Image 6.红外显微镜分析 FT－IR Microscopy 7.能谱与扫描电镜分析 EDX& SEM 8.染色与渗透检测技术Dye & Pry Testing
第1排
材料： 环氧树脂、蚀刻液、抛光 膏
依据：IPC－TM－650 2.1.1
3.3.1 金相切片分析举例（1）
3.3.1 金相切片分析举例（2）
BGA焊点失效
金属化孔失效
3.3.1 金相切片分析举例（2）
3.4 扫描超声显微镜检查
C－SAM Inspection
失效定位
模式判定 1.无铅工艺制程中元器件 封装内部缺陷（分层、空 洞、裂纹）检查
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x
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A BGA 1020 (32x32)
自动标识焊接连桥
3.2.3 X－Ray Inspection失效定位举例－润湿不良
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多样的隆起直径和差的浸润
3.3 金相切片分析 Microsection Inspection 方法与步骤 取样 镶嵌 切片 抛磨 腐蚀 观察
仪器设备：取样机（或慢锯）、 抛磨机、金相显微镜
焊点失效分析技术及案例
1.0 PCBA焊点可靠性的位置与作用
电子电 器核心
PCBA (Printed Circuit Board Assembly 印制电路组件 )
焊 点 可 靠 性
互连可靠性 （压 其接 它绑 ）定
PCB 可 靠 性
可元 靠器 性件
1.1 导致PCBA互连失效的主要的环境原因
Source: U.S. Air Force Avionics Integrity Program
FPC－pad镍镀层开裂分析 EDX SEM
Ni 层
3.8 染色与渗透检测技术Dye & Pry Testing
方法与步骤 取样（BGA）