QFP接地虛焊分析

No.1 案例背景

某QFP器件發(fā)生不良，不良率約10%，初步判斷為接地焊點(diǎn)可能存在虛焊現(xiàn)象。

No.2 分析過(guò)程

Part.1 X-Ray觀察

0°觀察

傾斜45°觀察

說(shuō)明：對(duì)樣品進(jìn)行X-ray檢測(cè)，接地部分呈現(xiàn)明顯的陰影霧狀，可能存在虛焊問(wèn)題。

Part.2 接地焊盤(pán)切片斷面分析

接地焊點(diǎn)切片分析圖

說(shuō)明:通過(guò)切片斷面分析，部品的一側(cè)焊點(diǎn)有明顯虛焊，焊錫與器件鍍層未互熔，虛焊點(diǎn)兩側(cè)有明顯錫填充不足的現(xiàn)象。

切片斷面測(cè)量

說(shuō)明:部品底部焊盤(pán)到PCB側(cè)焊盤(pán)距離為0.11㎜，部品底部到引腳底部的距離為0.11㎜。

Part.3 SEM形貌分析

端子側(cè)焊點(diǎn)未融合SEM圖示

說(shuō)明:器件鍍層和焊錫之間存在約5μm的縫隙，界面狀態(tài)顯示二者有作用過(guò)，但未互熔，形成了自然狀態(tài)的冷卻形貌。

PCB側(cè)的IMC狀態(tài)分析SEM圖示

說(shuō)明:圖示位置PCB側(cè)焊錫IMC層狀態(tài)，整體連續(xù)、致密，平均厚度約在3μm左右。

Part.4 EDS成分分析

焊錫未融合處成分

說(shuō)明:EDS分析結(jié)果，鍍層面主要有Sn、Cu元素，未檢出異常成分。

PCB側(cè)IMC成分

說(shuō)明:PCB側(cè)為IMC層Ni（18.52）、Sn（76.39%）、Cu（5.09%），無(wú)異常元素。

器件接地焊盤(pán)鍍層成分

說(shuō)明:從接地焊盤(pán)鍍層的分析判斷，器件接地鍍層為Sn(純錫)。

Part.5 其他因素對(duì)焊錫的影響

器件尺寸

影響接地焊接的關(guān)鍵尺寸：A1 Standoff，器件接地焊盤(pán)到端子底部的距離。

說(shuō)明:上述A1尺寸的測(cè)量結(jié)果顯示，A1尺寸均接近0.1mm。發(fā)生虛焊產(chǎn)品使用的鋼網(wǎng)厚度為0.11mm

A1尺寸的影響：

在開(kāi)口面積稍大的情況下，錫膏印刷的厚度一般會(huì)≤0.11mm，回流后由于錫膏體積變小，會(huì)發(fā)生塌陷。

若A1尺寸偏大，則存在錫膏和接地焊盤(pán)不能充分接觸的風(fēng)險(xiǎn)。

回流溫度

說(shuō)明:失效樣對(duì)象品生產(chǎn)時(shí)采用的替代測(cè)溫標(biāo)本，且器件接地部分未監(jiān)控溫度，后續(xù)制作對(duì)應(yīng)測(cè)溫標(biāo)本，針對(duì)接地點(diǎn)的溫度實(shí)際測(cè)試如上圖所示。最高溫度246.5℃，220℃以上時(shí)間60s，232℃以上時(shí)間40.5s。從焊接溫度的適合性上判斷，即使器件鍍層為純錫，該溫度也不會(huì)引起虛焊問(wèn)題（液相時(shí)間充足）。

No.3 分析結(jié)果

失效原因分析

綜合上述檢測(cè)結(jié)果，對(duì)接地虛焊的失效原因分析如下：

1．失效特征：焊錫與器件接地焊盤(pán)鍍層虛焊，二者未互熔，虛焊點(diǎn)兩側(cè)有明顯錫填充不足的現(xiàn)象。但從形貌分析，二者在回流過(guò)程中有相互接觸作用，形成了凹凸?fàn)?，如下圖：

2.對(duì)器件關(guān)鍵尺寸和回流溫度的分析，器件A1尺寸接近0.1mm，使用的鋼網(wǎng)厚度0.11mm，存在錫膏與器件接地部分接觸不充分的隱患。

基于以上測(cè)試及分析判斷，導(dǎo)致器件接地焊盤(pán)虛焊的原因?yàn)樵谄骷tandoff A1尺寸偏大的情況下，鋼網(wǎng)接地部分的厚度為0.11mm，由于回流后錫膏體積減小，形成的焊點(diǎn)高度可能小于0.1mm，從而使焊錫與器件接地焊盤(pán)接觸不充分，形成虛焊。

分析驗(yàn)證

增加QFP接地部分的印錫厚度（使用部分階梯鋼網(wǎng)，0.11→0.15階梯），進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)驗(yàn)證，接地部分虛焊的問(wèn)題未再發(fā)生，從而證明了器件Standoff尺寸與鋼網(wǎng)厚度匹配性關(guān)系存在隱患。

案例啟示

針對(duì)QFP封裝器件，在鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，要關(guān)注器件Standoff尺寸，確定其允差范圍，從鋼網(wǎng)厚度（接地局部）上做好預(yù)防性規(guī)避措施，避免因?yàn)槠骷tandoff允差造成的潛在性焊接失效。

審核編輯：湯梓紅