深圳连接器引脚上锡不良失效分析CMA与CNAS双认证实验室

1 样品外观观察

通过将失效样品和正常样品分别放在体式显微镜下观察，发现失效样品的某些引脚确实存在引脚上锡不良现象，失效引脚位置在连接器上分布不规律，但失效样品主要集中在连接器中间区域，且两端引脚上锡相对较好。正常样品表现为两端上锡饱满，中间区域引脚上锡不饱满，该现象说明失效可能与位置相关。

2 表面分析

分别对NG焊点表面和未使用引脚表面进行表面SEM观察和EDS成分分析，成分测试结果见表1~2，均未发现明显污染元素，说明造成该引脚上锡不良与污染相关性不大。

表1 NG焊点表面EDS测试结果(Wt%)

表2 未使用连接器引脚表面EDS测试结果(Wt%)

3剖面分析

将NG焊点分别按照横向和纵向制作切片，观察焊点内部连接情况：

通过纵向切片可知，焊锡与焊盘间形成良好IMC层，而引脚与焊锡之间出现分离，分层中间存在异物，通过对异物进行成分分析，主要元素为C、O、Sn、Br，怀疑其可能为助焊剂；

通过横向切片可知，NG焊点引脚与焊盘存在偏位现象，表现为两侧不上锡，焊锡与焊盘形成均匀连续的IMC层，引脚底部与焊锡之间亦存在分层，中间也存在异物。通过对分层处进行放大观察，发现引脚底部存在一层锡层，锡层成分为纯锡；而焊点焊锡成分中含少量Ag（位置4和5），与锡膏（Sn-Ag-Cu：95%-3%-0.5%）中成分相对应。由此可推出，NG焊点引脚底部锡层为引脚表面镀锡层，因此可侧面说明NG焊点在SMT过炉过程中，引脚底部与焊锡没有良好接触。

表3 NG焊点引脚底部与焊锡之间异物EDS测试结果(Wt%)

表4 NG-3#焊点引脚底部与焊锡之间EDS测试结果(Wt%)

4 引脚剥离成分分析

用机械方式将NG焊点剥离，发现引脚剥离力较小，说明连接器引脚与焊盘为假焊。分离后，发现焊锡表面及引脚底部存在较多异物，通过对异物进行FTIR成分分析，主要检测到羧酸结构类物质，说明该异物确实为助焊剂。助焊剂大量残留说明可能存在炉温问题，例如预热时间过短、峰值温度偏低等情况。对剥离后PCB端焊点和引脚进行表面观察，注意到NG焊点引脚剥离后焊锡在焊盘上润湿良好，表面光亮圆滑，进一步说明在过炉过程中，引脚与焊锡未接触。

5 可焊性分析

为了验证引脚不上锡与其自身可焊性的相关性，参考标准IPC-J-STD-002C-2008 元器件引线、端子、焊片、接线柱和导线的可焊性测试，通过可焊性模拟试验，来确认未使用连接器引脚的可焊性。

随机取3pcs未使用连接器，用助焊剂均匀涂覆引脚，后浸入255℃无铅钛锡炉中进行测试，保持时间5s后，拿出样品，放在体式显微镜下观察拍照，通过观察发现，未使用连接器引脚的表面整体呈现连续的焊料涂层，符合IPC-J-STD-002C中的标准要求，结果表明，该批次连接器引脚的可焊性良好，排除引脚可焊性差，造成引脚不上锡的可能。

6 过炉时引脚平面度分析

为确定器件在过炉过程中的变形情况，采用SMT时炉温曲线，实时监测引脚的变形程度，结果见附件，平面度曲线图。由测试结果可知，在焊接前，连接器引脚的平面度良好，在过炉过程中（220℃及峰值温度），个别连接器中间部位引脚变形量偏大（见1#连接器），说明在过炉过程中个别连接器的个别引脚会发生较大变形，对上锡产生不良影响。

7 炉温验证分析

由于NG焊点焊锡表面存在较多助焊剂残留，为了确认炉温曲线对焊接质量的影响，对连接器上引脚焊点温度进行实时监控：

采用客户提供的炉温曲线和链速（950mm/min），对连接器上焊点及其他元器件上焊点进行温度实测，连接器焊点（位置2）在过炉过程中，峰值温度为234℃，元器件焊点（位置1）在过炉过程中，峰值温度为242℃。由此可知，连接器引脚在过炉过程中，吸热量较大，峰值温度偏低，较低的峰值温度会对润湿能力产生不良影响。