PCB板上沉錫焊盤上錫不良失效分析

PCB應(yīng)用廣泛，但由于成本以及技術(shù)的原因，PCB在生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)了大量的失效問(wèn)題，并因此引發(fā)了許多質(zhì)量糾紛。為了弄清楚失效的原因以便找到解決問(wèn)題的辦法和分清責(zé)任，必須對(duì)所發(fā)生的失效案例進(jìn)行失效分析。

沉錫焊盤上錫不良失效分析

1.背景：

送檢樣品為某PCBA板，該P(yáng)CB板經(jīng)過(guò)SMT后，發(fā)現(xiàn)少量焊盤出現(xiàn)上錫不良現(xiàn)象，樣品的失效率大概在千分之三左右。該P(yáng)CB板焊盤表面處理工藝為化學(xué)沉錫，該P(yáng)CB板為雙面貼片，出現(xiàn)上錫不良的焊盤均位于第二貼片面。

2.分析說(shuō)明：

首先進(jìn)行外觀檢查，通過(guò)對(duì)失效焊盤進(jìn)行顯微放大觀察，焊盤存在不上錫現(xiàn)象，焊盤表面未發(fā)現(xiàn)明顯變色等異常情況，結(jié)果如圖1所示：

圖1 失效焊盤

再對(duì)NG焊盤、過(guò)爐一次焊盤、未過(guò)爐焊盤分別進(jìn)行表面SEM觀察和EDS成分分析，未過(guò)爐焊盤表面沉錫層成型良好，過(guò)爐一次焊盤和失效焊盤表面沉錫層出現(xiàn)重結(jié)晶，表面均未發(fā)現(xiàn)異常元素，結(jié)果分別如圖2、3、4所示：

圖2 NG焊盤的SEM照片及EDS能譜

圖3 過(guò)爐一次焊盤的SEM照片+EDS能譜圖

圖4 未過(guò)爐焊盤的SEM照片+EDS能譜圖

再利用FIB技術(shù)對(duì)失效焊盤、過(guò)爐一次焊盤及未過(guò)爐焊盤制作剖面，對(duì)剖面表層進(jìn)行成分線掃描，發(fā)現(xiàn)NG焊盤表層已經(jīng)出現(xiàn)Cu元素，說(shuō)明Cu已經(jīng)擴(kuò)散至錫層表面；過(guò)爐一次焊盤表層在0.3μm左右深度出現(xiàn)Cu元素，說(shuō)明過(guò)爐一次焊盤后，純錫層厚度約為0.3μm；未過(guò)爐焊盤的表層在0.8μm左右深度出現(xiàn)Cu元素，說(shuō)明未過(guò)爐焊盤的純錫層厚度約為0.8μm。鑒于EDS測(cè)試精度較低，誤差相對(duì)較大，接下來(lái)采用AES對(duì)焊盤表面成分進(jìn)行進(jìn)一步分析。

結(jié)果如圖5、6、7所示：

圖5NG焊盤剖面的SEM照片及EDS能譜

圖6過(guò)爐一次焊盤剖面的SEM照片+EDS能譜圖

圖7 未過(guò)爐焊盤剖面的SEM照片+EDS能譜圖

最后對(duì)NG焊盤和過(guò)爐一次焊盤的極表面成分進(jìn)行分析，NG焊盤在0~200nm深度范圍內(nèi)，主要為Sn、O元素，200~350nm深度范圍內(nèi)，為銅錫合金，幾乎不存在純錫層；過(guò)爐一次焊盤在0~140nm深度范圍內(nèi)主要為錫層，之后出現(xiàn)元素Cu（金屬化合物），結(jié)果如圖8~15所示：

圖8.NG焊盤測(cè)試位置

圖9.NG焊盤極表面的成分分析圖譜

圖10.NG焊盤表面（約50nm深度）的成分分析圖譜

圖11.焊盤表（0~350nm深度）的成分分布曲線

圖12.過(guò)爐一次焊盤表面成分分析位置示意圖

圖13.過(guò)爐一次焊盤表面的成分分析圖譜

圖14.過(guò)爐一次焊盤表面

（約50nm深度）的成分分析圖譜

圖15.過(guò)爐一次焊盤表面（0~220nm）深度的成分分布曲線

過(guò)爐3次焊盤切片示意圖

結(jié)論： 由上述分析可知，NG焊盤在SMT貼裝前已經(jīng)過(guò)完一次爐，在過(guò)爐過(guò)程中，表層錫會(huì)被氧化，同時(shí)高溫加劇錫與銅相互擴(kuò)散，形成銅錫合金，使銅錫合金層變厚，錫層變薄。當(dāng)錫層厚度小于0.2μm，焊盤將不能保證良好的可焊性，出現(xiàn)上錫不良失效。