铜端子PIN针断裂失效分析 | 电子元器件检测案例深度解读

【失效分析】铜端子PIN针断裂失效分析

04月,12,2025 | 浏览次数：260

一、测试背景
客户铜端子PIN针在使用1~2年后发生异常断裂。客户送检异常断裂PIN针和留样正常PIN针进行比对分析测试，以期找出异常断裂原因。

PIN针材质为铅黄铜，原材经冷加工后退火处理。具体图片如图1所示。

图1-断裂PIN针图片

二、测试方案

分析流程	测试项目	测试设备
断口表面形貌观察	宏观形貌观察	3D显微镜
断口表面形貌观察	微观形貌观察及成分分析	扫描电子显微镜（SEM）+EDS（能谱仪）
切片观察	抛光态&腐蚀态形貌观察	金相显微镜
硬度分析	硬度测试	维氏硬度计
结果	结果分析	/

三、测试结果
3.1 宏观形貌观察：

PIN针断面存在轻微变形，边缘位置颜色发暗，附着较多脏污，芯部较为干净，断裂疑似起源于PIN针表面，在芯部最终断裂。具体宏观形貌见图2。

图2-PIN针断口宏观形貌图

3.2 微观形貌观察：

PIN针断面边缘附近附着较多脏污，且断面可观察到明显撕裂韧窝，整体呈韧性断裂，具体形貌见图3。

图3-PIN针断口微观形貌图

3.3 截面化学成分分析：

断裂PIN针和正常PIN针基体主成分均为Cu、Zn及少量Pb元素，基体均匀分布的块状物主要成份为Pb相，整体化学成分无较大差异。具体成分测试位置见图4，成分测试结果见表1、2。

图4-化学成分测试位置图

表1-断裂PIN针成分测试结果

断裂PIN针	C	O	Al	Cu	Zn	Pb	Total
1	4.01	3.33	0.50	39.27	15.42	37.46	100.00
2	3.64	1.60	/	59.78	34.98	/	100.00
3	2.95	1.53	/	59.68	34.08	1.76	100.00
4	2.45	1.43	/	60.60	33.58	1.94	100.00
5	2.87	1.70	/	59.47	34.21	1.75	100.00

表2-正常PIN针成分测试结果

正常PIN针	C	O	Al	Cu	Zn	Pb	Total
1	3.82	4.00	0.54	19.67	5.84	66.14	100.00
2	2.88	0.88	/	58.61	37.63	/	100.00
3	2.44	1.07	/	57.41	36.69	2.38	100.00
4	1.54	1.11	/	58.26	36.50	2.60	100.00
5	2.51	1.36	/	57.39	36.59	2.15	100.00

3.4 抛光态形貌观察：

断裂PIN针和正常PIN针均可观察到均匀分布的小块状Pb相，但断裂PIN针Pb相较正常PIN针Pb相稍小。具体形貌见图5。

图5-抛光态形貌图

3.5 腐蚀态形貌观察

断裂PIN针样品基体中白色为孪晶α相，黑色小块状Pb相，整体金相存在较多变形位错，边缘区域位错密度更高；正常PIN针样品基体中白色为α相，黄色为β相，黑色小块状为Pb相，整体金相组织分布均匀。具体形貌见图6。

图6-腐蚀态形貌图

3.6 硬度测试

从硬度测量结果可以看出，断裂PIN针硬度远大于正常PIN针。具体硬度测试结果见表3。

表3-维氏硬度结果

样品	断裂PIN针	正常PIN针
硬度HV0.2	147	99

四、分析讨论
1.宏观形貌：PIN针断面存在轻微变形，边缘位置颜色发暗，附着较多脏污，芯部较为干净，推断断裂起源于PIN针表面，在芯部最终断裂；
2.微观形貌：PIN针断面边缘位置附着较多脏污，整个断面可观察到明显撕裂韧窝，整体呈韧性断裂；
3.断裂和正常PIN针基体主成分均为Cu、Zn及少量Pb元素，基体均匀分布Pb相的块状物，整体化学成分无较大差异；
4.断裂PIN针样品基体中白色为孪晶α相，黑色小块状Pb相，整体金相存在较多变形位错，边缘区域位错密度更高；正常PIN针样品基体中白色为α相，黄色为β相，黑色小块状为Pb相，整体金相组织分布均匀；
5.断裂PIN针硬度远大于正常PIN针。
五、结论
断裂PIN针金相组织晶内存在大量变形位错(滑移带)且硬度较高，推测端子PIN针经冷加工后未进行退火处理或退火不彻底，导致基体中存在较大的残余应力，在使用过程中受力易产生裂纹，进而发生断裂。
六、改善建议

改善PIN针冷加工后热处理工艺，降低PIN针内部残余应力。

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