PCB铜线柱脱落 | 分析揭秘焊点脆性断裂根源

背景

在电子设备微型化、复杂化趋势下，PCB成为电子元件连接的核心。PCB精密布局的铜线网络如同电子世界的神经脉络，高效传导信号并分配电源。然而，面对铜线脱落这一挑战，它不仅侵蚀了电路板的可靠性，还可能成为设备性能崩溃的导火索。

我们通过端头铜线柱脱落的现象查找背后的原因，经过体视显微镜检查排除了润湿不良和异物残留的因素，发现脱落界面平整未见明显异物残留现象且呈脆性断裂，排除润湿不良对铜线柱脱落的影响；现通过专业仪器进一步测试分析，查找铜线柱脱落的原因。

测试分析

1 表面分析

利用SEM+EDS对NG1脱落界面进行观察分析，结果如图1及表1所示。

脱落界面平整，呈明显脆性断裂形貌。界面主要含有C、O、P、Si、Sn、Ni元素，未发现异常元素存在。PCB侧界面为Ni-P层，铜柱侧界面为镍锡合金层，初步推测焊点开裂界面位于PCB侧。

图1. NG1开裂界面SEM图片及EDS能谱图

表1. NG1脱落界面成分测试结果（wt.%）

2 剖面分析

对开裂NG2进行切片处理，利用SEM+EDS对切片后截面进行观察分析，确认开裂界面位置及观察界面IMC生成状况，结果如图2-3及表2所示。

切片结果显示：①焊点脱开界面位于PCB侧Ni-P层与镍锡合金（IMC）之间，与表面分析结果一致；②放大后，界面IMC厚度在2.32um-4.20um之间，厚度偏厚；③富磷层厚度在456nm-496nm之间，厚度严重偏厚。

富磷层本身呈脆性，偏厚的富磷层将使焊接界面脆性显著增加，进而导致焊点沿富P层位置脆性开裂。

图2. NG2切片后截面SEM图片

图3. NG2开裂界面SEM图片及EDS能谱图

表2. NG2开裂界面成分测试结果（wt.%）

3 PCB光板分析

利用SEM+EDS对PCB光板焊盘镀层进行观察分析，结果如图4及表3所示。

PCB光板焊盘表面放大后，未观察到明显异常现象。切片后，Ni-P层局部位置存在开裂现象。成分测试结果显示，Ni层P含量在8.5 wt.%-9.8 wt.%之间，属中磷范围。

图4. PCB光板焊盘SEM图片及EDS能谱图

表3. PCB光板焊盘成分测试结果（wt.%）

结论

分析

富磷层的生成是焊接过程镍/锡相互扩散的结果，影响富磷层厚度的主要因素包括：①焊接热输入过量；②镍层P含量偏高；③镍层致密度偏低。

总结

铜线柱脱落的原因为：PCB侧富磷层过厚，IMC形貌异常且厚度偏厚，使焊接界面脆性增加，最终导致焊点脆性开裂。

建议

1.调节炉温曲线（适当降低峰值温度或缩短回流时间），减少热输入；

2.增加焊接质量评估，合理管控界面IMC质量和富磷层厚度。

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