微电子冲击试验机电路板焊锡破裂问题

一、案例介绍

PCB在用户使用过一段时间后出现系统时好时坏，有时甚至突然dower off，经售后维修发现PCB不良，更换PCB后功能一切正常，此不良品送回分析原因。

二、分析过程

取回PCB进行失效分析：检查各电信号是否正常。用示波器测量所有关键信号后未发现问题，所有信号均正常。但是当PCB受到振动后发现就会出现问题。初步认为有些芯片或电路出现松动或者开裂状况。取此PCB在显微镜下观察所有的芯片及电阻等焊锡的连接情况，最终发现一通孔有裂纹产生。对此通孔进行重新处理，把裂纹处重新焊接。结果发现再受到振动时就无任何异常现象发生，故初步确认此PCB失效是由于通孔的焊锡破裂引起。

三、失效原因分析

由所看到的现象焊料和焊料爆裂，应该是热胀冷缩引起。因为焊锡是含铅的焊料，在高低温冲击下容易出现相变而出现新的相导致热胀冷缩的不一直，从而导致开裂。焊料是一种Sn(锡)和Pb(铅)的合金。由于它具有诸如良好的粘性、良好流动性和低熔点的特性，使得该合成形式形成一种最容易熔解的合金，特别地，能很好地适用于焊接。当焊料从液体相冷却到结晶点时，它便结晶生成两种固体相，富铅a相和富锡h相。当快速经过焊接固化点时，这两种相位以小颗粒状均匀分布在焊料中。当焊料中带有Cu时，比如一已刻印好的电路板样品，在焊料中的锡(晶粒间的分布)分布于Cu晶粒的边界上，从而通过金属间化合而成的混合物，形成一种填料。由于长时间的加热和机械压力的作用，这种焊料的焊接加剧，结果便产生焊料爆裂这种现象(如图9-5所示)。为了确认这种裂化机制，我们可在热压力的作用下，进行可靠性实验。

四、试验验证

通过温度冲击来验证失效原因，采用的温度环境是一50℃，30min和125℃，30min两类，温度变化时间30s：循环次数200次。对于两种焊锡的地方我们都发现了破裂，可以从图9一5看出。这说明我们的分析是基本正确的。

五、结论

提出具体失效产生原因，在以后的产品计划时一定要考虑焊锡的成分，尽量使用产生的新相于原有金属间不会有很大膨胀率问题的焊锡。如果可能尽量使用无铅的焊料，这样不仅可以降低失效概率，而且环保。http://www.gdzhenghang.net