FPC連接器Pin存在脫開異常，為什么？

FPC（柔性電路板）是PCB的一種，又被稱為“軟板”，主要用于和其他電路板的連接，具有配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點。在航天、軍事、移動通訊、手提電腦等領域或產品上得到了廣泛的應用。

背景

某FPC連接器Pin存在脫開異常，現分析其失效原因。

測試分析

1 外觀檢查

利用體視顯微鏡對NG連接器Pin進行光學檢查，NG連接器多數Pin焊點均發現脫開異常，脫開界面平整，呈現脆性斷裂特征，如圖1所示。

圖1 NG連接器Pin外觀檢查照片

2 表面分析

將NG連接器脫開Pin剝離后，利用場發射掃描電子顯微鏡對脫開界面進行形貌觀察及成分分析，結果如圖2所示。

脫開界面平整（尤其Pin側界面極為平整，較為異常），呈脆性斷裂特征；焊錫主要殘留在Pin側；成分分析顯示，FPC側及Pin側均探測到C/O/Ni/P/Sn/Cu元素，根據元素含量，推測斷裂發生在FPC側富P層與IMC層之間。

圖2 NG連接器脫開Pin剝離后界面形貌觀察及成分分析結果

4 剖面分析

對NG-Pin脫開焊點切片后，利用SEM+EDS對截面進行觀察分析，結果如下:

4.1 形貌觀察+成分分析

NG-脫開焊點：如圖3所示，脫開焊點切片分析結果顯示：①焊點脫開位置位于FPC側富P層表面，焊點內彌散分布較多銀錫化合物及少量金錫化合物；②FPC側局部界面發現金錫化合物，位于Ni-P層與鎳錫IMC之間，屬異?，F象；③脫開界面IMC呈塊狀及針狀形貌，形貌異常；④引腳側IMC呈針狀，形貌異常，成分主要為鎳錫化合物，Ni層未含P元素，推測為電鍍鎳層。

圖3 NG連接器脫開Pin切片后截面形貌觀察及成分分析結果

4.2 IMC及富P層觀察與測量統計

NG1：如圖3及表1所示，脫開界面多處IMC形貌異常，呈針狀及塊狀形貌特征，局部IMC呈現“無根”形貌特征；FPC側IMC平均厚度5.45µm，富P層平均厚度1038nm，IMC厚度及富P層厚度均偏厚；引腳側IMC呈針狀，形貌異常，但未呈現“無根”形貌特征，IMC平均厚度2.96μm，厚度偏上限。

表1 NG脫開焊點剖面IMC及富P層觀察測量圖片

以上結果可知，NG Pin脫開界面多處IMC形貌異常，呈針狀及塊狀異常形貌，局部IMC呈現“無根”形貌特征；IMC平均厚度及富P層平均厚度明顯偏厚。富P層厚度偏厚，將導致界面脆性增加；IMC形貌異常，厚度偏厚，增加了焊點脆性；局部界面Ni-P層與鎳錫IMC之間的異常金錫化合物，在一定程度上增加了焊點的脆性。以上影響因素共同作用，最終導致焊點脆性斷裂。

5 Profile曲線分析

如圖 Profile曲線可知，回流時間（220℃以上）在71s~74s，最高峰值溫度254.8℃，回流時間及峰值溫度偏高。

圖4 Profile曲線

6 FPC焊盤鍍層分析

對NG Pin未焊接焊盤切片后，利用場發射掃描電子顯微鏡對焊盤鍍層進行觀察分析，結果如圖5所示：鍍層金層厚度在59.6nm~72.6nm之間，金層厚度正常；鎳層成分分析顯示，鎳層P含量為12.0wt%，屬高磷范疇。

圖5 NG Pin未焊接焊盤鍍層形貌觀察及成分分析結果

結論

FPC連接器Pin脫開的原因為界面結構異常：FPC焊盤側富磷層和IMC層過厚，且界面處存在金錫化合物，導致焊點脆性開裂。

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