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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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