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

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

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

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

暗场光

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：

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：

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：

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

#2-1

#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

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

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

暗场光

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：

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：

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：

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：

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：

测试结果：表面P含量最大值11.33%。

3）切片断面SEM分析：

测试结果：Ni层未见明显异常。

4）断面EDS分析：

测试结果：Ni层P含量9.97%。

#3 样品

1、外观分析

测试结果：未发现明显异常。

2、X-RAY分析

#3-1

#3-2

#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

暗场光 明场光

测试结果：焊接润湿性良好。

▼ 断面SEM/EDS分析

1）SEM分析：

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：

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

测试结果：未发现明显异常。

2、X-RAY分析

#4-1 #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：

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：

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）。

腾昕检测有话说：

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　　审核编辑：汤梓红