端子脱落失效分析

案例背景

Case background

某产品的端子在PCBA组装完成后约24小时，端子轻微受力后发生掉落，经分析，判断该种失效问题与端子镀层合金化存在关联。

分析过程

Analysis process

剥离面特征分析（PCB侧）

1.外观分析

PCB侧端子脱落后的剥离面外观特征：

说明：该PCB板为陶瓷板。PCB侧端子脱落后的剥离面外观特征：表面平整、细腻，无应力齿纹痕迹。

2.SEM分析

PCB侧端子脱落后的剥离面表面形貌特征：

说明：根据PCB侧端子脱落后的剥离面SEM分析可见，其表面平整、无应力断裂痕迹，且表面呈现蜂窝状及晶片状结构。

3.EDS成分分析

PCB侧端子脱落后的剥离面的成分分析

 

4.切片断面分析

脱落点PCB侧的切片断面分析：

 

 

说明：PCB侧脱落点切片断面分析如上图示，其特征为断面平整，焊锡与PCB焊盘相连，PCB侧IMC层连续，剥离面有明显的IMC残留。

脱落点PCB侧的切片断面EDS分析
 

 

 

说明：剥离面有明显的IMC残留，其主要成分为Cu、Sn，以及少量的Ni，Cu、Sn的质量比约为40：60。按其质量百分比计算，为Cu6Sn5合金。

剥离面特征分析（端子侧）

1.外观分析

脱落的端子侧剥离面外观特征：

说明：脱落端子的剥离面外观特征：表面平整、细腻，无应力齿纹痕迹，与PCB侧特征相符合。

2.SEM分析

SEM表面特征分析：

 

说明：如图所示，脱落端子的剥离面表面平整，无应力损伤痕迹。其微观结构呈絮状，与PCB侧的蜂窝状形貌相对应。

3.EDS成分分析

脱落端子剥离面的成分分析
 

 

4.切片断面分析

端子的切片断面分析：

 

说明：根据端子切片断面分析可见，端子焊锡面仅有IMC层附着。

端子的焊锡面切片断面分析

说明：端子切片断面分析，端子焊锡面仅有IMC层附着。

脱落端子的切片断面成分分析
 

 

说明：端子镀层主要成分Sn、Cu为主，整体呈现为Cu6Sn5合金。

端子未脱落点的切片断面分析

说明：针对未脱落端子的切片分析可知，整体焊接状态良好，端子侧IMC层厚度2.32μm，与脱落端子残留的IMC厚度相近。

未使用的端子的分析

1.切片断面分析

端子的切片断面分析：

说明：针对未使用端子的切片分析发现，焊接面端子镀层厚度均在1μm以下。从其状态判断，镀层已经合金化（IMC外露）。

2.EDS成分分析

端子断面的成分分析

 

说明：未使用端子EDS分析，镀层主要成分为Cu、Sn，Cu、Sn的质量比约为40：60。

 

分析结果
 

Analysis results

原因分析

端子镀层合金化（Cu6Sn5合金），使其可焊性降低。在常规条件下，进行SMT回流焊时，由于热量不足以让焊锡与端子镀层完全融合，故在端子的镀层与焊锡之间形成虚焊，导致了在后续的组装过程中，碰触端子便发生脱落的情况发生。

改善建议

1.针对端子镀层合金化的问题，建议增加端子镀层厚度。除合金化部分以外，需有焊锡覆盖。

2.在现有回流条件中，即板面最高温度243℃（端子位置的温度未知），建议如下：

对端子位置的温度进行监测，取得实测值；

由于陶瓷板本身热容较高，端子散热较快，对端子位置的温度实测值建议在245℃-250℃之间，220℃以上时间70s左右。

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审核编辑 黄昊宇