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某廣州SMT貼片加工廠生產(chǎn)藍(lán)牙耳機(jī)A、B兩種樣品上電容器存在短路失效問(wèn)題，部份電容器出現(xiàn)絕緣電阻下降現(xiàn)象，要求分析原因。樣品外觀如下午圖所示，圖中箭頭所指位置的電容器失效，且失效電容位置均處于PCBA板最邊上。
一、原因分析
原因概論
推論
分析方法
電容器兩點(diǎn)至間短路
兩焊點(diǎn)之間殘留過(guò)量的助焊劑
3D顯微鏡觀察SEM測(cè)試清洗試驗(yàn)+電阻量測(cè)
兩點(diǎn)之間存在比較多錫珠
電容器開裂造成
觀察電容表面是否存在撞擊現(xiàn)象，是否存在裂紋；
3D顯微鏡觀察
金相顯微鏡觀察
切片測(cè)試
SEM+EDS測(cè)試
切片觀察電容內(nèi)部的開裂狀況
焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析，推斷電容焊接的是否存在熱量超標(biāo)問(wèn)題。
二、失效觀察
3D顯微鏡觀察：
眾焱電子對(duì)客戶所送8pcs失效樣品進(jìn)行3D顯微鏡觀察，結(jié)果如上圖所示。樣品表面均覆蓋了“三防膠”。
其中1#、7
#、8
#樣品外觀存在明顯裂紋，3
#、5
#樣品隱約可見裂紋，見圖中箭頭所示位置。
1、焊接端表面形貌
在樣品上選取正常電容器，并與失效電容器樣品
2、錫珠殘留
發(fā)現(xiàn)3#、4#樣品電容器附近存在較多錫珠及助焊劑殘留，且4#樣品殘留較多。錫珠殘留過(guò)多將會(huì)增加PCBA板短路風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)清洗去除4#樣品表面的三防膠，去除錫珠及助焊劑。然后萬(wàn)用表測(cè)試電容阻值為16.20Ω，短路現(xiàn)象依然存在，故推斷在SMT貼片加工過(guò)程中的錫珠及助焊劑殘留不是造成電容器短路的主要原因。
三、切片分析
1、4#樣品切片分析
對(duì)外觀無(wú)明顯裂紋的4#樣品切片觀察，如上圖所示。4#樣品上部?jī)啥薃和B區(qū)域有破裂現(xiàn)象，裂紋自電容器表層向內(nèi)部延伸。其中B區(qū)域存在開裂嚴(yán)重，并有內(nèi)電極開裂狀況。推測(cè)電容B端可能存在碰撞情況。
2、8#樣品切片分析
從圖中可見，電容上部區(qū)域出現(xiàn)裂紋，內(nèi)電極鎳層出現(xiàn)短路燒熔現(xiàn)象。
四、SEM分析
4#樣品切片+SEM分析
對(duì)4#樣品進(jìn)行切片+SEM觀察，發(fā)現(xiàn)PCB一側(cè)焊點(diǎn)IMC層生長(zhǎng)過(guò)厚，平均厚度超過(guò)5 μm
，最厚有8.19 μm。通常焊點(diǎn)IMC厚度建議1~5 μm
，過(guò)厚的IMC會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)強(qiáng)度降低。電容器一側(cè)IMC層平均厚度1.6 μm，屬于正常范圍。
PCB和電容同時(shí)焊接，接受同樣的熱量，但兩側(cè)焊點(diǎn)的IMC厚度存在明顯差異，推測(cè)為電容器焊錫性能較差導(dǎo)致。焊點(diǎn)IMC過(guò)厚，說(shuō)明焊接時(shí)熱量過(guò)高。過(guò)高的熱量會(huì)提升電容器熱應(yīng)力開裂的風(fēng)險(xiǎn)。
五、SEM+EDS分析
4#樣品PCB一側(cè)焊點(diǎn)SEM+EDS分析
對(duì)PCB一側(cè)焊點(diǎn)進(jìn)行IMC結(jié)構(gòu)分析：
1、焊點(diǎn)富P層偏厚，并出現(xiàn)連續(xù)Ni-Sn-P層。 一般在焊接熱量過(guò)多或者Ni層含P超標(biāo)情況下，會(huì)出現(xiàn)連續(xù)Ni-Sn-P層，由于樣品Ni層含P量屬于正常范圍，故推測(cè)回流焊溫度偏高或者時(shí)間偏長(zhǎng)；
2、連續(xù)的Ni-Sn-P層會(huì)降低焊點(diǎn)強(qiáng)度，應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)，避免產(chǎn)生。
六、結(jié)論
結(jié)論分析：
1、客戶送來(lái)8pcs失效樣品，失效位置均處于PCBA最邊上。主板邊緣位置可能會(huì)存在較高的機(jī)械應(yīng)力風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)裂紋多存在于電容兩端上部區(qū)域，其中4#樣品有較為嚴(yán)重開裂， 受過(guò)外力碰撞。
2、電容焊點(diǎn)IMC厚度存在異常，懷疑電容的爬錫能讓梨較差。同時(shí)在PCB一側(cè)焊點(diǎn)的IMC層生長(zhǎng)過(guò)厚，平均厚度超過(guò)5μm，并連續(xù)的Ni-Sn-P生成；推測(cè)樣品回流焊時(shí)受到熱量過(guò)多。過(guò)多的熱量會(huì)提升電容器熱應(yīng)力開裂的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)較厚的IMX以及連續(xù)的Ni-Sn-P層會(huì)降低焊點(diǎn)強(qiáng)度，應(yīng)調(diào)整工藝予以避免。
3、3#、4#樣品操作明顯錫珠及阻焊劑殘留。去除4#樣品三防膠，氣息掉錫珠后發(fā)現(xiàn)樣品依然存在短路現(xiàn)象，推斷錫珠及阻焊劑殘留不是導(dǎo)致電容器短路的主要原因。但應(yīng)調(diào)整工藝，避免產(chǎn)生較多錫珠殘留。
改善建議：
逐步排除電容在包裝運(yùn)輸、元件貼裝以及分板切割時(shí)可能遭受的機(jī)械應(yīng)力沖擊問(wèn)題。如有必要可進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試。
確認(rèn)產(chǎn)線回流焊是否存在溫度偏高或者時(shí)間偏長(zhǎng)問(wèn)題，降低熱應(yīng)力沖擊的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)調(diào)整SMT貼片加工工藝，改善焊點(diǎn)IMC結(jié)構(gòu)，并同時(shí)解決錫珠殘留問(wèn)題，保證產(chǎn)品可靠性。建議測(cè)試原物料電容器沾錫性能，觀察是否存在鍍層老化問(wèn)題。