控制芯片焊点异常失效分析

引言

交通诱导屏出现局部花屏，现场人员发现失效IC有类似虚焊或接触不良现象，对器件加焊后显示恢复正常，初步怀疑是焊接问题。需要查明红色灯控制芯片焊点是否存在异常以及异常的原因。现对NG 和正常PCB光板（用于识别芯片位置）进行测试分析，查找芯片失效的原因。

测试分析

1 外观检查

将失效IC及正常IC外层灌封胶剥离后，对IC引脚焊点进行外观检查。外观检查结果显示，失效IC多个引脚焊点表面均发现异常裂纹现象，正常IC引脚焊点未发现异常现象。

图1 NG IC引脚表面外观检查照片

2 X-Ray观察

利用X-Ray对失效IC和正常IC引脚焊点进行透视观察，结果如图2所示。

失效IC 多个引脚焊点发现开裂现象，正常IC焊点未发现明显异常现象。后续通过切片分析手段，对焊点焊接状况进一步确认。

图2 IC引脚焊点X-Ray透视检查照片

3 剖面分析

对失效IC典型开裂焊点及正常IC焊点进行切片后，利用SEM+EDS对截面进行观察分析，如图3和表1所示：

①失效IC个别引脚焊点呈贯穿性开裂，开裂位于靠PCB侧IMC与焊锡之间，结合焊点周围存在显著界面分离现象，推测焊点开裂因材料间热失配而引发焊点疲劳开裂失效；

②成分测试显示，开裂位置未发现异常元素，同时IMC生成连续，厚度正常，故排除污染及焊接热输入异常对焊点开裂的影响。

图3 失效IC引脚焊点切片后SEM图片及EDS能谱图

表1 失效IC引脚焊点切片后成分测试结果（wt.%）

4 热学分析

为了确认灌封胶与PCB热膨胀系数是否存在较大差异，利用热机械分析仪对二者进行线性热膨胀系数测试，结果如图4所示，灌封胶在-40.0℃~55.0℃温度下Z轴线性热膨胀系数为382.2954μm/(m·℃)，而PCB在相同温度下Z轴线性热膨胀系数为38.7934μm/(m·℃)，相同温度下，灌封胶线性热膨胀系数约是PCB的10倍。

图4 灌封胶与PCB线性热膨胀系数测试曲线

结论

综上所述，焊点开裂的主要原因为：灌封胶与PCB之间材料热失配导致灌封胶与PCB界面分离，界面分离后产生的内应力直接加载在焊点上，周期性的内应力最终导致焊点疲劳开裂。

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