PCBA焊点疲劳开裂失效分析

PCBA（Printed Circuit Board Assembly，印刷电路板组装)电子组装领域常见的问题是焊点疲劳开裂失效，会降低电子产品的可靠性，甚至导致设备故障。以下是对PCBA焊点疲劳开裂失效的简要分析:

1. 分析失效原因
热循环应力：PCBA在工作过程中会经历温度变化，导致焊点材料膨胀收缩，产生热循环应力。
机械应力：由于PCBA组装过程中操作不当或设计缺陷，焊点处可能产生机械应力。
材料疲劳：在反复应力的作用下，焊点材料逐渐疲劳，导致材料性能下降。
环境因素：湿气、腐蚀性气体等环境因素会加速焊点的老化和失效。

2. 失效模式
裂缝萌生：裂缝开始萌生在焊点的应力集中区域，例如焊点边缘或与焊盘的连接处。
裂缝扩展：随着应力的持续作用，裂缝逐渐扩大，最终导致焊点断裂。
焊点脱落：焊点完全断裂后，可引起部件脱落或电路中断。

3. 影响因素
材料特性：焊点材料的弹性模量、屈服强度、疲劳寿命等特性对失效有直接影响。
设计参数：焊点的形状、尺寸、布局等设计参数会影响应力的分布和集中。
制造工艺：焊接温度、时间、压力等工艺参数对焊点质量有重要影响。
使用环境：使用环境因素如温度、湿度、振动等都会影响焊点的耐久性。

4. 预防措施
优化设计：合理设计焊点形状和布局，减少应力集中，提高焊点承载能力。
改进工艺：采用先进的焊接技术和工艺，保证焊点质量，减少缺陷。
选材：选用具有良好疲劳性能和抗环境侵蚀性能的焊点材料。
环境控制：控制使用环境，减少温度波动和腐蚀性气体的影响。

5. 失效分析方法
宏观检查：用肉眼或放大镜检查焊点的外观，识别裂纹和断裂。
使用扫描电子显微镜进行微观分析（SEM）等待设备观察焊点的微观结构，分析裂纹扩展路径。
力学试验：对焊点的力学性能进行拉伸、弯曲等力学试验。
环境模拟：模拟实际使用环境，加速老化试验，预测焊点寿命。
通过对PCBA焊点疲劳开裂失效的分析，可采取相应的预防措施，提高电子产品的可靠性和寿命。

一、PCBA焊点疲劳开裂失效分析案例

某款PCBA，在使用约一年半后出现功能失效。该PCBA在封装后会进行整体灌胶，将失效的胶剥离后，发现部分器件出现直接脱落现象，脱落的器件均为二极管。对已拆胶失效及相应脱落的器件，进行失效分析，找出失效原因。

二、PCBA焊点疲劳开裂失效分析测试分析

1.外观检查

在光学显微镜下观察，发现二极管一焊脚疑似与焊盘发生分离，见下图：

NG二极管外观图

2.金相切片

将样品镶嵌制样，研磨抛光后在显微镜下观察。可见二极管有一侧焊脚与焊盘完全分离，另一侧焊接未完全分离但已有裂纹产生，焊脚分离位置可见少量孔洞。二极管焊脚爬锡正常，见下图：

NG二极管金相形貌图

3.SEM检查

选择NG二极管放入电镜观察形貌，可见NG二极管焊脚底部存在锡焊料附着，说明锡焊料与焊脚结合良好，开裂发生在锡焊料内部，见下图：

NG二极管-焊脚1-位置 SEM图

NG二极管-焊脚2-位置 SEM图

二极管IMC层厚度测试结果

4.EDS检查

由EDS测试结果，NG二极管焊脚位置均未见明显成分异常，见下图：

NG二极管EDS位置图

NG二极管EDS谱图

NG二极管EDS测试结果

三、PCBA焊点疲劳开裂失效分析结论

综上所述：推测焊点开裂属于疲劳开裂，与焊点服役过程中的工作温度，及所承受的应力应变直接相关。PCBA之间存在三防漆堆积、服役运行温度是影响应力应变程度的核心因素。

四、PCBA焊点疲劳开裂失效分析建议

1.产品热管理/设计优化，改善PCBA散热工艺；

2.优化三防漆涂覆工艺。

华南检测：