电容短路失效分析

时间：2020-01-05

作者：优尔鸿信检测技术（深圳）有限公司

电容短路失效分析

1.背景

客户反映，其所生产的蓝牙耳机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板较边上。

成都检测中心

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（上边为A,下边为B）

2.原因分析

原因概述	推论	分析方法
电容器两焊点之间短路	两焊点之间残留过量的助焊剂	3D显微镜观察 SEM测试清洗实验+电阻量测
	两焊点之间存在较多锡珠
电容器开裂造成短路	观察电容表面是否存在撞击现象，是否存在裂纹；	3D显微镜观察金相显微镜观察切片测试 SEM+EDS测试
	切片观察电容内部的开裂状况；
	焊点结构分析，推断电容焊接时是否存在热量标问题。

3.失效观察

3D显微镜观察

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。

3D显微镜观察---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对比外观形貌。发现1#、3#、4#、6#、7#号失效样品焊接端表面粗糙、凹凸不平，且3#、4#样品电容上表面存在锡珠残留。建议对电容的来料状况、碰撞情况以及爬锡能力进行调查分析。

3D显微镜观察---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，故推断锡珠及助焊剂残留不是造成电容器短路的主要原因。

4.切片分析

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。

8#样品切片分析

对外观有明显裂纹的8#样品切片观察，如上图所示。经EDS分析得出电容器介质材料为钛酸钡类陶瓷材料，内电极金属材料为镍。

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。

5.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，平均厚度过5 μm ，较厚有8.19 μm。通常焊点IMC厚度建议1~5 μm ，过厚的IMC会导致焊点强度降低。电容器一侧IMC层平均厚度1.6 μm，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。

6.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。

7.结论

结论分析：

1.客户送来8 pcs失效样品，失效位置均处于PCBA较边上。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，怀疑受过外力碰撞。

2. 电容焊点IMC厚度存在异常，怀疑电容的爬锡能力较差。同时在PCB一侧焊点的IMC层生长过厚，平均厚度过5μm，并有连续的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IMC以及连续的Ni-Sn-P层会降低焊点强度，应调整工艺予以避免。

3. 3#、4#样品存在明显锡珠及助焊剂残留。去除4#样品三防胶，清洗掉锡珠后发现样品依然存在短路现象，推断锡珠及助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。

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