SMT贴片电容短路失效分析解决方案

某广州SMT贴片加工厂生产蓝牙耳机A、B两种样品上电容器存在短路失效问题，部份电容器出现绝缘电阻下降现象，要求分析原因。样品外观如下午图所示，图中箭头所指位置的电容器失效，且失效电容位置均处于PCBA板最边上。

一、原因分析

二、失效观察

3D显微镜观察：

众焱电子对客户所送8pcs失效样品进行3D显微镜观察，结果如上图所示。样品表面均覆盖了“三防胶”。

其中1#、7#、8#样品外观存在明显裂纹，3#、5#样品隐约可见裂纹，见图中箭头所示位置。

1、焊接端表面形貌

在样品上选取正常电容器，并与失效电容器样品

2、锡珠残留

发现3#、4#样品电容器附近存在较多锡珠及助焊剂残留，且4#样品残留较多。锡珠残留过多将会增加PCBA板短路风险。通过清洗去除4#样品表面的三防胶，去除锡珠及助焊剂。然后万用表测试电容阻值为16.20Ω，短路现象依然存在，故推断在SMT贴片加工过程中的锡珠及助焊剂残留不是造成电容器短路的主要原因。

三、切片分析

1、4#样品切片分析

对外观无明显裂纹的4#样品切片观察，如上图所示。4#样品上部两端A和B区域有破裂现象，裂纹自电容器表层向内部延伸。其中B区域存在开裂严重，并有内电极开裂状况。推测电容B端可能存在碰撞情况。

2、8#样品切片分析

从图中可见，电容上部区域出现裂纹，内电极镍层出现短路烧熔现象。

四、SEM分析

4#样品切片+SEM分析

对4#样品进行切片+SEM观察，发现PCB一侧焊点IMC层生长过厚，平均厚度超过5μm，最厚有8.19μm。通常焊点IMC厚度建议1~5μm电容短路，过厚的IMC会导致焊点强度降低。电容器一侧IMC层平均厚度1.6μm，属于正常范围。

PCB和电容同时焊接，接受同样的热量，但两侧焊点的IMC厚度存在明显差异，推测为电容器焊锡性能较差导致。焊点IMC过厚，说明焊接时热量过高。过高的热量会提升电容器热应力开裂的风险。

五、SEM+EDS分析

4#样品PCB一侧焊点SEM+EDS分析

对PCB一侧焊点进行IMC结构分析：

1、焊点富P层偏厚，并出现连续Ni-Sn-P层。一般在焊接热量过多或者Ni层含P超标情况下，会出现连续Ni-Sn-P层，由于样品Ni层含P量属于正常范围，故推测回流焊温度偏高或者时间偏长；

2、连续的Ni-Sn-P层会降低焊点强度，应调整工艺参数，避免产生。

六、结论

结论分析：

1、客户送来8pcs失效样品，失效位置均处于PCBA最边上。主板边缘位置可能会存在较高的机械应力风险。实验发现裂纹多存在于电容两端上部区域，其中4#样品有较为严重开裂电容短路，受过外力碰撞。

2、电容焊点IMC厚度存在异常，怀疑电容的爬锡能让梨较差。同时在PCB一侧焊点的IMC层生长过厚，平均厚度超过5μm，并连续的Ni-Sn-P生成；推测样品回流焊时受到热量过多。过多的热量会提升电容器热应力开裂的风险。同时较厚的IMX以及连续的Ni-Sn-P层会降低焊点强度，建议一些广州SMT贴片加工厂应调整工艺予以避免。

3、3#、4#样品操作明显锡珠及阻焊剂残留。去除4#样品三防胶，气息掉锡珠后发现样品依然存在短路现象，推断锡珠及阻焊剂残留不是导致电容器短路的主要原因。但应调整工艺，避免产生较多锡珠残留。

改善建议：

逐步排除电容在包装运输、元件贴装以及分板切割时可能遭受的机械应力冲击问题。如有必要可进行应力应变测试。

确认产线回流焊是否存在温度偏高或者时间偏长问题，降低热应力冲击的风险。应调整SMT贴片加工工艺，改善焊点IMC结构，并同时解决锡珠残留问题，保证产品可靠性。建议测试原物料电容器沾锡性能，观察是否存在镀层老化问题。

文章由启和科技编辑