FPC焊盤(pán)脫落全案剖析：顯微分析揭示的焊接強(qiáng)度陷阱

NG1、NG2樣品在QFN芯片相同角落位置發(fā)現(xiàn)焊盤(pán)脫落現(xiàn)象，其他三個(gè)角落位置焊盤(pán)未見(jiàn)明顯脫落現(xiàn)象，失效現(xiàn)象與委托方反饋信息一致。

圖1.焊盤(pán)脫落FPC外觀檢查典型照片

2.模擬驗(yàn)證

為了確認(rèn)FPC成品解焊過(guò)程中確實(shí)存在焊盤(pán)脫落異常，從FPC成品中隨機(jī)選取2pcs進(jìn)行解焊處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣品存在焊盤(pán)脫落異常（分別命名為樣品1#、樣品2#），結(jié)果如圖2所示。

樣品1#、2#在QFN芯片相同角落位置都發(fā)現(xiàn)焊盤(pán)脫落現(xiàn)象，焊盤(pán)脫落位置與失效樣品表現(xiàn)一致，故FPC成品解焊后確實(shí)存在焊盤(pán)脫落異常。

圖2.樣品1#、2#脫落焊盤(pán)外觀檢查照片

3.表面分析

 進(jìn)行形貌觀察與成分分析結(jié)果顯示，所有脫落焊盤(pán)脫開(kāi)位置一致，斷口呈現(xiàn)受力變形特征。EDS測(cè)試結(jié)果顯示，斷口位置未發(fā)現(xiàn)明顯異常元素。

圖3.樣品1#脫落焊盤(pán)位置形貌觀察照片及成分測(cè)試結(jié)果

4.剖面分析

 為了確認(rèn)同批次FPC成品焊盤(pán)是否存在缺陷，從剩余的FPC成品中隨機(jī)選取2pcs樣品進(jìn)行切片分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2pcs樣品（分別命名為成品1、成品2）焊盤(pán)存在斷開(kāi)異常，結(jié)果如下：

圖4.成品FPC樣品切片位置示意圖

成品1：如圖5所示，切片后，一引腳焊盤(pán)（圖4黃框位置）明顯發(fā)現(xiàn)斷開(kāi)異常，另一引腳焊點(diǎn)局部開(kāi)裂，斷開(kāi)界面吻合，呈現(xiàn)明顯的受力斷裂特征；斷開(kāi)界面局部存在無(wú)潤(rùn)濕現(xiàn)象，界面潤(rùn)濕不良將導(dǎo)致該界面處焊接強(qiáng)度降低；焊盤(pán)斷口周?chē)~箔完好，鎳層局部發(fā)現(xiàn)微裂紋現(xiàn)象。

圖5.成品1樣品切片后引腳焊點(diǎn)截面金相觀察照片及SEM+EDS分析結(jié)果

成品2：如圖6所示，切片后，圖4黃框位置引腳同樣發(fā)現(xiàn)斷開(kāi)異常，斷開(kāi)界面吻合，呈現(xiàn)明顯的受力斷裂特征；斷開(kāi)界面局部存在無(wú)潤(rùn)濕現(xiàn)象，界面潤(rùn)濕不良將導(dǎo)致該界面處焊接強(qiáng)度降低；焊盤(pán)斷口周?chē)~箔及鎳層完好，說(shuō)明焊盤(pán)斷開(kāi)異常與焊盤(pán)鎳層微裂紋無(wú)直接相關(guān)性。 

圖6.成品2樣品切片后引腳焊點(diǎn)截面金相觀察及SEM形貌觀察照片

 以上結(jié)果可知，焊盤(pán)斷開(kāi)原因?yàn)楹更c(diǎn)焊接成型后，QFN焊點(diǎn)受到外力影響，導(dǎo)致焊點(diǎn)沿焊接強(qiáng)度薄弱位置（斷口界面潤(rùn)濕不良位置）斷開(kāi)，最終導(dǎo)致焊盤(pán)被連帶拉斷。

5.分析與討論

 本案失效背景為：FPC組裝后返修過(guò)程中出現(xiàn)焊盤(pán)脫落問(wèn)題。

對(duì)焊盤(pán)脫落樣品進(jìn)行外觀檢查發(fā)現(xiàn)，焊盤(pán)脫落都發(fā)生在QFN芯片相同角落位置，其他三個(gè)角落位置焊盤(pán)未見(jiàn)明顯焊盤(pán)脫落現(xiàn)象。

為了確認(rèn)QFN器件加熱解焊過(guò)程中，確實(shí)存在焊盤(pán)脫落異常，對(duì)同批次FPC成品借助加熱臺(tái)（設(shè)定250℃）進(jìn)行解焊操作。結(jié)果顯示，個(gè)別FPC成品解焊過(guò)程中，確實(shí)存在焊盤(pán)脫落現(xiàn)象。

對(duì)解焊后焊盤(pán)脫落樣品進(jìn)行形貌觀察及成分分析。結(jié)果顯示，所有脫落焊盤(pán)脫開(kāi)位置一致，斷口呈現(xiàn)受力變形特征，斷開(kāi)位置未發(fā)現(xiàn)明顯異常元素。

為了確認(rèn)同批次FPC成品焊盤(pán)是否存在缺陷，對(duì)成品FPC上QFN引腳焊點(diǎn)進(jìn)行切片分析，結(jié)果顯示：

 ①多個(gè)樣品QFN相同角落位置焊點(diǎn)都發(fā)現(xiàn)斷開(kāi)異常，斷開(kāi)界面吻合，斷開(kāi)位置焊盤(pán)被拉斷，呈現(xiàn)明顯的受力斷裂特征；

②斷開(kāi)界面局部位置存在無(wú)潤(rùn)濕現(xiàn)象，界面潤(rùn)濕不良將導(dǎo)致界面焊接強(qiáng)度降低；

③焊盤(pán)斷口周?chē)~箔完好，個(gè)別脫落焊盤(pán)鎳層局部發(fā)現(xiàn)微裂紋現(xiàn)象，鎳層微裂紋與焊盤(pán)脫落無(wú)明顯相關(guān)性。

 綜上所述，F(xiàn)PC焊盤(pán)斷開(kāi)過(guò)程如圖7所示，QFN器件回流焊接后，引腳焊點(diǎn)局部存在潤(rùn)濕不良現(xiàn)象，導(dǎo)致界面焊接強(qiáng)度降低，在較大外力作用下，焊點(diǎn)沿界面焊接強(qiáng)度薄弱處開(kāi)始開(kāi)裂，最終導(dǎo)致焊盤(pán)被拉斷失效。

圖7.QFN器件引腳焊點(diǎn)焊盤(pán)斷開(kāi)過(guò)程示意圖

6.總結(jié)與建議

總結(jié)：FPC焊盤(pán)脫落的原因?yàn)榛亓骱附雍螅更c(diǎn)受到較大外力影響導(dǎo)致焊點(diǎn)沿焊接強(qiáng)度薄弱位置開(kāi)裂，最終導(dǎo)致焊盤(pán)被連帶拉斷。

建議：焊接完成后排查各個(gè)工站樣品受力情況，避免較大外力作用于產(chǎn)品表面。