QFP接地虚焊分析

No.1 案例背景

某QFP器件发生不良，不良率约10%，初步判断为接地焊点可能存在虚焊现象。

No.2 分析过程

Part.1 X-Ray观察

0°观察

倾斜45°观察

说明：对样品进行X-ray检测，接地部分呈现明显的阴影雾状，可能存在虚焊问题。

Part.2 接地焊盘切片断面分析

 

接地焊点切片分析图

 

说明:通过切片断面分析，部品的一侧焊点有明显虚焊，焊锡与器件镀层未互熔，虚焊点两侧有明显锡填充不足的现象。

切片断面测量

 

说明:部品底部焊盘到PCB侧焊盘距离为0.11㎜，部品底部到引脚底部的距离为0.11㎜。

Part.3 SEM形貌分析

 

端子侧焊点未融合SEM图示

说明:器件镀层和焊锡之间存在约5μm的缝隙，界面状态显示二者有作用过，但未互熔，形成了自然状态的冷却形貌。

PCB侧的IMC状态分析SEM图示

说明:图示位置PCB侧焊锡IMC层状态，整体连续、致密，平均厚度约在3μm左右。

Part.4 EDS成分分析

焊锡未融合处成分

 

说明:EDS分析结果，镀层面主要有Sn、Cu元素，未检出异常成分。

PCB侧IMC成分

 

说明:PCB侧为IMC层Ni（18.52）、Sn（76.39%）、Cu（5.09%），无异常元素。

器件接地焊盘镀层成分

 

说明:从接地焊盘镀层的分析判断，器件接地镀层为Sn(纯锡)。

Part.5 其他因素对焊锡的影响

 

器件尺寸

影响接地焊接的关键尺寸：A1 Standoff，器件接地焊盘到端子底部的距离。

说明:上述A1尺寸的测量结果显示，A1尺寸均接近0.1mm。发生虚焊产品使用的钢网厚度为0.11mm

A1尺寸的影响：

在开口面积稍大的情况下，锡膏印刷的厚度一般会≤0.11mm，回流后由于锡膏体积变小，会发生塌陷。

若A1尺寸偏大，则存在锡膏和接地焊盘不能充分接触的风险。

回流温度

说明:失效样对象品生产时采用的替代测温标本，且器件接地部分未监控温度，后续制作对应测温标本，针对接地点的温度实际测试如上图所示。最高温度246.5℃，220℃以上时间60s，232℃以上时间40.5s。从焊接温度的适合性上判断，即使器件镀层为纯锡，该温度也不会引起虚焊问题（液相时间充足）。

No.3 分析结果

失效原因分析

综合上述检测结果，对接地虚焊的失效原因分析如下：

1．失效特征：焊锡与器件接地焊盘镀层虚焊，二者未互熔，虚焊点两侧有明显锡填充不足的现象。但从形貌分析，二者在回流过程中有相互接触作用，形成了凹凸状，如下图：

2.对器件关键尺寸和回流温度的分析，器件A1尺寸接近0.1mm，使用的钢网厚度0.11mm，存在锡膏与器件接地部分接触不充分的隐患。

基于以上测试及分析判断，导致器件接地焊盘虚焊的原因为在器件Standoff A1尺寸偏大的情况下，钢网接地部分的厚度为0.11mm，由于回流后锡膏体积减小，形成的焊点高度可能小于0.1mm，从而使焊锡与器件接地焊盘接触不充分，形成虚焊。

分析验证

增加QFP接地部分的印锡厚度（使用部分阶梯钢网，0.11→0.15阶梯），进行实际的生产验证，接地部分虚焊的问题未再发生，从而证明了器件Standoff尺寸与钢网厚度匹配性关系存在隐患。

案例启示

针对QFP封装器件，在钢网设计时，要关注器件Standoff尺寸，确定其允差范围，从钢网厚度（接地局部）上做好预防性规避措施，避免因为器件Standoff允差造成的潜在性焊接失效。
 

 

　　审核编辑：汤梓红