連接器作為電子產(chǎn)品中的重要組成部件之一，其焊接質(zhì)量也會(huì)直接影響到電子產(chǎn)品的性能，尤其是多引腳的連接器其焊接不良普遍存在。由于連接器引腳的共面性、連接器可焊性能力、連接器的鍍層品質(zhì)、焊接熱量、錫膏品質(zhì)、電路板的高溫翹曲變形等多種因素的影響，常表現(xiàn)出來有空焊、虛焊等異常。本文選取了連接器焊接到FPC軟板上出現(xiàn)空焊的案例進(jìn)行分析。

案例分析1、背景連接器焊接到柔性電路板（FPC）上，連接器引腳出現(xiàn)空焊、上錫高度不足等不良現(xiàn)象，不良率約為70%。 產(chǎn)品正面（經(jīng)一次回流）和反面（經(jīng)兩次回流）的連接器引腳均有發(fā)現(xiàn)空焊不良，不良主要發(fā)生在連接器的兩端。 連接器引腳的表面處理方式是電鍍鎳金（ENEG）,FPC表面處理方式是OSP。

2、分析過程

外觀檢查

使用3D光學(xué)顯微鏡對(duì)失效樣品進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)： 1）連接器中間區(qū)域上錫較好，側(cè)端有空焊現(xiàn)象。 2）將連接器焊點(diǎn)立起來，以連接器塑膠本體作為基準(zhǔn)線，觀察連接器引腳到基準(zhǔn)線的高度，發(fā)現(xiàn)FPC與連接器引腳間有變形，呈現(xiàn)中間高兩端低的現(xiàn)象。

沾錫能力測(cè)試

對(duì)連接器Pin進(jìn)行沾錫能力測(cè)試，以確認(rèn)連接器Pin的可焊性是否正常。 沾錫能力測(cè)試參考標(biāo)準(zhǔn)IPC J-STD 002D，使用Solder globule wetting balance方法進(jìn)行。測(cè)試參數(shù)如表1所示：

連接器正反面引腳的沾錫能力測(cè)試結(jié)果如圖3，從測(cè)試曲線上看，引腳上錫良好，可焊性未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

焊點(diǎn)IMC分析

選擇不良產(chǎn)品上的正常焊點(diǎn)進(jìn)行切片和SEM+EDS分析，通過觀察焊點(diǎn)IMC的生長(zhǎng)狀況，確認(rèn)焊點(diǎn)內(nèi)部潤(rùn)濕狀況，及焊接熱量是否正常。從結(jié)果上看，連接器焊點(diǎn)生成了連續(xù)的且厚度正常的Ni3Sn4IMC層，即焊點(diǎn)內(nèi)部潤(rùn)濕良好，焊接熱量正常。故初步排除焊接熱量對(duì)此案不良現(xiàn)象的影響。

錫膏品質(zhì)分析

本案例中使用的錫膏為千住K2V錫膏，通過測(cè)定其擴(kuò)散性來驗(yàn)證錫膏的潤(rùn)濕品質(zhì)狀況。擴(kuò)散性參考標(biāo)準(zhǔn)JIS-Z-3197 8.3.1.1進(jìn)行，將適量的錫膏試樣放置在銅板上，加熱一定時(shí)間使其熔化，待冷卻凝固后測(cè)量錫膏的尺寸來計(jì)算得出錫膏的擴(kuò)散率。具體的計(jì)算方法如下：SR=（D-H）/ D*100其中，SR----擴(kuò)散率（%） H----擴(kuò)散凝固后的錫膏高度 D----擴(kuò)散凝固后的錫膏直徑（把擴(kuò)散凝固后的錫膏假定為球體，D=1.24V1/3） 測(cè)試結(jié)果如下：

根據(jù)行業(yè)及制程的經(jīng)驗(yàn)顯示，錫膏的擴(kuò)散率達(dá)到75~80%時(shí)，其潤(rùn)濕性正常。從5片測(cè)試試樣的結(jié)果來看，該錫膏的潤(rùn)濕性良好。

焊點(diǎn)切片分析

對(duì)NG樣品連接器焊點(diǎn)進(jìn)行切片分析，發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)引腳到FPC-Pad的間距明顯比中間引腳到FPC-Pad的間距大，間距差異達(dá)到108.3um，呈現(xiàn)兩側(cè)高中間低的現(xiàn)象。

OK樣品的焊點(diǎn)同樣呈現(xiàn)兩側(cè)高中間低的現(xiàn)象，間距差異為44.9um,遠(yuǎn)小于NG樣品焊點(diǎn)內(nèi)間距。

為了進(jìn)一步確認(rèn)樣品焊點(diǎn)內(nèi)引腳到FPC-Pad的間距變化規(guī)律，隨機(jī)選取了8片樣品（包括正反面）進(jìn)行切片并量測(cè)尺寸，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖9，與圖7、圖8現(xiàn)象一致。

連接器共面性分析

對(duì)過爐前和過爐后的連接器引腳進(jìn)行共面性量測(cè)，未發(fā)現(xiàn)超出規(guī)格（100um）的現(xiàn)象。初步排除連接器變形對(duì)此失效的影響。

FPC熱變形分析

從結(jié)構(gòu)上看FPC的連接器焊接區(qū)域背面都有貼合FR4補(bǔ)強(qiáng)片，目的是增加FPC的機(jī)械強(qiáng)度，便于連接器焊接。由于FPC軟板的強(qiáng)度較低，高溫變形較大，則補(bǔ)強(qiáng)片的耐熱變形能力，將直接影響到FPC側(cè)的變形狀況，從而影響到焊接的有效距離。

因此我們會(huì)重點(diǎn)關(guān)注補(bǔ)強(qiáng)片的耐熱性。通過用差熱掃描儀（DSC）測(cè)試補(bǔ)強(qiáng)片的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）僅為130~140℃，即補(bǔ)強(qiáng)片從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為橡膠態(tài)的溫度點(diǎn)為130~140℃。

在正常的無鉛焊接中需要經(jīng)受235~250℃的高溫，在此高溫過程中補(bǔ)強(qiáng)片處于橡膠態(tài)，很可能會(huì)發(fā)生較大的翹曲變形，未能對(duì)FPC軟板起到很好的支撐作用，以致FPC軟板發(fā)生較大的翹曲變形。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

從結(jié)構(gòu)上看，連接器是通過post柱與FPC的定位孔匹配的，如果post柱和定位孔的匹配性不佳，貼裝插入時(shí)post柱也會(huì)對(duì)FPC造成一定的變形。通過對(duì)NG品/OK品的post柱和定位孔位置進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)：NG品補(bǔ)強(qiáng)片與FPC定位孔對(duì)位不準(zhǔn)，F(xiàn)PC的通孔內(nèi)有毛刺等問題，部分樣品的連接器post柱無法正常下壓，底部頂在補(bǔ)強(qiáng)片表面或孔內(nèi)毛刺上。

結(jié)果分析綜合上述的試驗(yàn)結(jié)果，連接器空焊不良與物料可焊性、SMT焊接熱量、錫膏潤(rùn)濕性、連接器共面性無關(guān)，與FPC軟板變形有關(guān)。FPC軟板的變形主要來自于兩方面： A、由于公差及FPC軟板定位孔毛刺等問題，連接器兩側(cè)的post柱與FPC軟板上定 位孔匹配性不佳，貼裝插入時(shí)post柱支撐在FPC軟板表面或定位孔內(nèi)毛刺上，對(duì)FPC軟板有機(jī)械應(yīng)力的作用，導(dǎo)致FPC軟板變形（見圖14）。 B、FPC補(bǔ)強(qiáng)片耐熱變形能力不佳，焊接高溫過程未對(duì)FPC軟板起到加強(qiáng)支撐的作用，以致FPC軟板發(fā)生翹曲變形。FPC補(bǔ)強(qiáng)片的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）只有130~140℃，即在溫度低于130~140℃時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)片呈剛性，在應(yīng)力作用下形變很小，狀態(tài)類似玻璃，處在玻璃態(tài)。當(dāng)溫度超過130~140℃時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)片從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)，在應(yīng)力作用下形變明顯且隨著溫度的升高而增大（見圖13）。在正常的焊接中產(chǎn)品需要經(jīng)受235~250℃的高溫，在此高溫過程中補(bǔ)強(qiáng)片處于橡膠的高彈狀態(tài)，未能對(duì)FPC軟板起到加強(qiáng)支撐的作用，以致FPC軟板發(fā)生翹曲變形（見圖15）。

結(jié)束語(yǔ)從上述分析可知，F(xiàn)PC軟板變形是造成連接器空焊不良的主要原因。為了改善并降低此不良發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，建議對(duì)策如下： A．更改連接器設(shè)計(jì)：去掉連接器的post柱，避免與FPC軟板匹配的問題，造成FPC軟板受機(jī)械應(yīng)力而變形。 B．增加載具：設(shè)計(jì)壓合FPC軟板的磁性載具（見圖16），降低FPC軟板在SMT焊接時(shí)發(fā)生較大變形。 C．更改FPC設(shè)計(jì)：增加FPC底部的補(bǔ)強(qiáng)片厚度（從目前的400um增加到800um）,以增強(qiáng)對(duì)FPC軟板的支撐作用。

審核編輯 ：李倩