控制芯片焊點(diǎn)異常失效分析

引言

交通誘導(dǎo)屏出現(xiàn)局部花屏，現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)失效IC有類似虛焊或接觸不良現(xiàn)象，對(duì)器件加焊后顯示恢復(fù)正常，初步懷疑是焊接問(wèn)題。需要查明紅色燈控制芯片焊點(diǎn)是否存在異常以及異常的原因。現(xiàn)對(duì)NG 和正常PCB光板（用于識(shí)別芯片位置）進(jìn)行測(cè)試分析，查找芯片失效的原因。

測(cè)試分析

1 外觀檢查

將失效IC及正常IC外層灌封膠剝離后，對(duì)IC引腳焊點(diǎn)進(jìn)行外觀檢查。外觀檢查結(jié)果顯示，失效IC多個(gè)引腳焊點(diǎn)表面均發(fā)現(xiàn)異常裂紋現(xiàn)象，正常IC引腳焊點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

圖1 NG IC引腳表面外觀檢查照片

2 X-Ray觀察

利用X-Ray對(duì)失效IC和正常IC引腳焊點(diǎn)進(jìn)行透視觀察，結(jié)果如圖2所示。

失效IC 多個(gè)引腳焊點(diǎn)發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象，正常IC焊點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)明顯異常現(xiàn)象。后續(xù)通過(guò)切片分析手段，對(duì)焊點(diǎn)焊接狀況進(jìn)一步確認(rèn)。

圖2 IC引腳焊點(diǎn)X-Ray透視檢查照片

3 剖面分析

對(duì)失效IC典型開裂焊點(diǎn)及正常IC焊點(diǎn)進(jìn)行切片后，利用SEM+EDS對(duì)截面進(jìn)行觀察分析，如圖3和表1所示：

①失效IC個(gè)別引腳焊點(diǎn)呈貫穿性開裂，開裂位于靠PCB側(cè)IMC與焊錫之間，結(jié)合焊點(diǎn)周圍存在顯著界面分離現(xiàn)象，推測(cè)焊點(diǎn)開裂因材料間熱失配而引發(fā)焊點(diǎn)疲勞開裂失效；

②成分測(cè)試顯示，開裂位置未發(fā)現(xiàn)異常元素，同時(shí)IMC生成連續(xù)，厚度正常，故排除污染及焊接熱輸入異常對(duì)焊點(diǎn)開裂的影響。

圖3 失效IC引腳焊點(diǎn)切片后SEM圖片及EDS能譜圖

表1 失效IC引腳焊點(diǎn)切片后成分測(cè)試結(jié)果（wt.%）

4 熱學(xué)分析

為了確認(rèn)灌封膠與PCB熱膨脹系數(shù)是否存在較大差異，利用熱機(jī)械分析儀對(duì)二者進(jìn)行線性熱膨脹系數(shù)測(cè)試，結(jié)果如圖4所示，灌封膠在-40.0℃~55.0℃溫度下Z軸線性熱膨脹系數(shù)為382.2954μm/(m·℃)，而PCB在相同溫度下Z軸線性熱膨脹系數(shù)為38.7934μm/(m·℃)，相同溫度下，灌封膠線性熱膨脹系數(shù)約是PCB的10倍。

圖4 灌封膠與PCB線性熱膨脹系數(shù)測(cè)試曲線

結(jié)論

綜上所述，焊點(diǎn)開裂的主要原因?yàn)椋汗喾饽z與PCB之間材料熱失配導(dǎo)致灌封膠與PCB界面分離，界面分離后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力直接加載在焊點(diǎn)上，周期性的內(nèi)應(yīng)力最終導(dǎo)致焊點(diǎn)疲勞開裂。

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