電容短路失效分析

時(shí)間：2020-01-05作者：優(yōu)爾鴻信檢測技術(shù)（深圳）有限公司瀏覽：1756

電容短路失效分析

1.背景

客戶反映，其所生產(chǎn)的藍(lán)牙耳機(jī)A、B兩種樣品上電容器存在短路失效問題，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板較邊上。

 

成都檢測中心

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（上邊為A,下邊為B）

2.原因分析

 

原因概述	推論	分析方法
電容器兩焊點(diǎn)之間短路	兩焊點(diǎn)之間殘留過量的助焊劑	3D顯微鏡觀察 SEM測試 清洗實(shí)驗(yàn)+電阻量測
	兩焊點(diǎn)之間存在較多錫珠
電容器開裂造成短路	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 切片測試 SEM+EDS測試
	切片觀察電容內(nèi)部的開裂狀況；
	焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析，推斷電容焊接時(shí)是否存在熱量標(biāo)問題。

 

 

3.失效觀察

 

3D顯微鏡觀察



對客戶所送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。

 

3D顯微鏡觀察---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對比外觀形貌。發(fā)現(xiàn)1#、3#、4#、6#、7#號失效樣品焊接端表面粗糙、凹凸不平，且3#、4#樣品電容上表面存在錫珠殘留。建議對電容的來料狀況、碰撞情況以及爬錫能力進(jìn)行調(diào)查分析。

 

3D顯微鏡觀察---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。錫珠殘留過多將會增加PCBA板短路風(fēng)險(xiǎn)。通過清洗去除4#樣品表面的三防膠，去除錫珠及助焊劑。然后萬用表測試電容阻值為16.20Ω，短路現(xiàn)象依然存在，故推斷錫珠及助焊劑殘留不是造成電容器短路的主要原因。

 

4.切片分析

 

4#樣品切片分析



對外觀無明顯裂紋的4#樣品切片觀察，如上圖所示。4#樣品上部兩端A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。推測電容B端可能存在碰撞情況。

 

8#樣品切片分析



對外觀有明顯裂紋的8#樣品切片觀察，如上圖所示。經(jīng)EDS分析得出電容器介質(zhì)材料為鈦酸鋇類陶瓷材料，內(nèi)電極金屬材料為鎳。

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。

 

5.SEM分析

 

4#樣品切片+SEM分析



對4#樣品進(jìn)行切片+SEM觀察，發(fā)現(xiàn)PCB一側(cè)焊點(diǎn)IMC層生長過厚，平均厚度過5 μm ，較厚有8.19 μm。通常焊點(diǎn)IMC厚度建議1~5 μm ，過厚的IMC會導(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，推測為電容器焊錫性能較差導(dǎo)致。焊點(diǎn)IMC過厚，說明焊接時(shí)熱量過高。過高的熱量會提升電容器熱應(yīng)力開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

 

6.SEM+EDS

分析

 

4#樣品PCB一側(cè)焊點(diǎn)SEM+EDS分析



對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。 一般在焊接熱量過多或者Ni層含P標(biāo)情況下，會出現(xiàn)連續(xù)Ni-Sn-P層，由于樣品Ni層含P量屬于正常范圍，故推測回流焊溫度偏高或者時(shí)間偏長；

 2. 連續(xù)的Ni-Sn-P層會降低焊點(diǎn)強(qiáng)度，應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)，避免產(chǎn)生。

 

7.結(jié)論

 

結(jié)論分析：

1.客戶送來8 pcs失效樣品，失效位置均處于PCBA較邊上。主板邊緣位置可能會存在較高的機(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，懷疑受過外力碰撞。

2. 電容焊點(diǎn)IMC厚度存在異常，懷疑電容的爬錫能力較差。同時(shí)在PCB一側(cè)焊點(diǎn)的IMC層生長過厚，平均厚度過5μm，并有連續(xù)的Ni-Sn-P生成；推測樣品回流焊時(shí)受到熱量過多。過多的熱量會提升電容器熱應(yīng)力開裂的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)較厚的IMC以及連續(xù)的Ni-Sn-P層會降低焊點(diǎn)強(qiáng)度，應(yīng)調(diào)整工藝予以避免。

3. 3#、4#樣品存在明顯錫珠及助焊劑殘留。去除4#樣品三防膠，清洗掉錫珠后發(fā)現(xiàn)樣品依然存在短路現(xiàn)象，推斷錫珠及助焊劑殘留不是導(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)力沖擊問題。如有必要可進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測試。

確認(rèn)產(chǎn)線回流焊是否存在溫度偏高或者時(shí)間偏長問題，降低熱應(yīng)力沖擊的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)調(diào)整SMT工藝，改善焊點(diǎn)IMC結(jié)構(gòu)，并同時(shí)解決錫珠殘留問題，保證產(chǎn)品可靠性。

建議測試原物料電容器沾錫性能，觀察是否存在鍍層老化問題。


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