SEM&EDS分析在PCB失效分析中的應(yīng)用

　　PCB失效原因越來越多，在以前看起來難以發(fā)現(xiàn)的問題，現(xiàn)在可以用掃描電子顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析出來。本文介紹了在PCB生產(chǎn)過程中利用SEM&EDS發(fā)現(xiàn)的三個(gè)較為經(jīng)典的案例，介紹了該技術(shù)在實(shí)際解決問題過程中的關(guān)鍵作用。

　　PCB在生產(chǎn)過程中難免會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問題，在沒有掃描電子顯微鏡與能譜（SEM&EDS）之前，有些問題由于技術(shù)限制，難以找到真正的原因，給PCB失效分析和后續(xù)預(yù)防此類問題再次發(fā)生的工作帶來了很大的困難。本文將根據(jù)我司在解決此類問題中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，介紹三個(gè)較為經(jīng)典的案例供各位同仁參考和討論。

　　SEM&EDS分析在PCB失效分析中的應(yīng)用

　　1、PCB在生產(chǎn)過程中的失效分析

　　我司一客戶在化學(xué)鎳金的生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)有少量孔內(nèi)沉不上鎳金，經(jīng)過我司工程師現(xiàn)場(chǎng)跟進(jìn)處理，改善前處理等均無效果，金相顯微鏡切片分析為點(diǎn)狀露銅，根本找不出問題的根本原因。經(jīng)我司研發(fā)中心電子掃描顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析如下

　　ZAF Method Standardless Quantitative Analysis

　　Fitting Coefficient ： 0.1886

　　Element　?。╧eV）　　Mass%　　Error%　　Atom%　　Compound　　Mass%　　Cation　　K

　　C K　　　　0.277　　4.66　　　0.04　　　20.12　　　　　　　　　　　　　　　　　0.7974

　　O K　　　　0.525　　1.04　　　0.04　　　3.38　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.0017

　　S K　　　　2.307　　0.40　　　0.03　　　0.64　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.3479

　　Ni K　　　　7.471　　6.46　　　0.12　　　5.71　　　　　　　　　　　　　　　　　7.0770

　　Cu K　　　　8.040　　83.98　　0.16　　　68.62　　　　　　　　　　　　　　　　　87.7347

　　Sn L　　　　3.442　　3.46　　　0.09　　　1.51　　　　　　　　　　　　　　　　　3.0412

　　Total　　　　　　　　100.00　　　　　　　100.00

　　從上述檢測(cè)報(bào)告中不難看出，EDS分析顯示在露銅處發(fā)現(xiàn)有錫，并且占3.46%，重復(fù)分析依舊如此，原來是孔銅上粘附有錫導(dǎo)致化學(xué)鎳金中沉不上鎳金。在發(fā)現(xiàn)了問題的根源所在后，我們很容易分析到：在PCB制作過程中有錫的地方只有電鍍純錫保護(hù)線路鍍層及表面處理熱風(fēng)整平（HAL），而該板并不是經(jīng)過噴錫的返工板，故可以判定該板在蝕刻退錫過程中有孔內(nèi)退錫不凈的現(xiàn)象發(fā)生，從而導(dǎo)致孔內(nèi)有錫殘留沉不上鎳金。

　　退錫不凈的現(xiàn)象在PCB生產(chǎn)過程中常有發(fā)生，對(duì)于普通的噴錫（HAL）表面處理的板影響并不是很大，但對(duì)于化學(xué)鎳金板的影響是致命的，在退錫后檢驗(yàn)退錫是否干凈是不可忽略的一道工序。

　　2、PCB在SMT貼片過程中的失效分析

　　我司一客戶的化學(xué)鎳金板在客戶SMT貼片時(shí)被其客戶整批退回，原因是在SMT貼片后發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)批次的板有孔壁分離的現(xiàn)象，導(dǎo)致整批退貨。

　　經(jīng)分析，該批次的板在貼片前和貼片后均有部分孔有發(fā)生孔壁分離的現(xiàn)象，故可排除其客戶在SMT貼片過程中的影響因素。

　　下面是其SMT貼片客戶提供的金相顯微鏡圖片：

　　從圖片上來看，有點(diǎn)狀的凸起處明顯分層，應(yīng)該是孔壁有粘附物導(dǎo)致孔銅與孔壁分離，從分布來看，該污染物有點(diǎn)狀的也有面狀的。故從該切片圖片來看，只能判定是該板在鉆孔或是在PTH中受到外來污染，但究竟為何物有如此大的能耐？在我司研發(fā)中心電子掃描顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析下原形畢露。

　　請(qǐng)看如下分析報(bào)告：

　　ZAF Method Standardless Quantitative Analysis

　　Fitting Coefficient ： 0.1945

　　Element　?。╧eV）　　Mass%　　　Error%　　　Atom%　　Compound　Mass%　Cation　　K

　　C K　　　　0.277　　　7.82　　　0.42　　　　12.53　　　　　　　　　　　　　　　1.1049

　　O K　　　　0.525　　　44.59　　　0.30　　　53.63　　　　　　　　　　　　　　　51.8657

　　Al K　　　　1.486　　　43.86　　0.17　　　　31.28　　　　　　　　　　　　　　　44.4822

　　Si K　　　　1.739　　　3.73　　　0.28　　　　2.56　　　　　　　　　　　　　　　2.5472

　　Total

　　從該分析報(bào)告中可以看出，鋁元素在局部某點(diǎn)的含量高達(dá)43.86%，同時(shí)取該板材做EDS分析，未發(fā)現(xiàn)有鋁元素。故可以判定，該批板在鉆孔工序或PTH工序受到外來污染。首先查看PTH生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各藥水均正常，排除在PTH中發(fā)生問題的可能，而在鉆孔工序發(fā)現(xiàn)有員工操作不規(guī)范，從而導(dǎo)致鋁片蓋板中的鋁經(jīng)由鉆咀帶入，留在孔內(nèi)所致。

　　怎樣有效避免操作不當(dāng)導(dǎo)致鋁片蓋板中的鋁經(jīng)由鉆咀帶入到孔壁并殘留在孔里呢？經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在鉆機(jī)本身各參數(shù)正常的情況下，吸塵真空度達(dá)不到要求時(shí)，發(fā)生的機(jī)率較大，所以保證鉆房吸塵真空度能有效預(yù)防鋁片蓋板中的鋁經(jīng)由鉆咀帶入到孔壁并殘留，是這一問題的有效解決方法。

　　3、PCB在化學(xué)鎳金后可焊性不良分析

　　接到我司一客戶反饋，我司化學(xué)鎳金藥水生產(chǎn)出來的板有部分可焊性不良。接到問題后，我司客戶服務(wù)工程師立即趕赴生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)在線兩個(gè)小批量的板有此現(xiàn)象，其它的板均正常。于是，取可焊性不良的板在金相顯微鏡下觀察，觀察后發(fā)現(xiàn)金面上有麻點(diǎn)，在未做化學(xué)鎳金的板面上也有類似白色的麻點(diǎn)。于是，工程師懷疑為來料問題，但無法判斷具體是什么物質(zhì)導(dǎo)致。通過我司研發(fā)中心電子掃描顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析，使問題浮于水面：

　　ZAF Method Standardless Quantitative Analysis

　　Fitting Coefficient ： 0.1992

　　Element　?。╧eV）　　Mass%　　Error%　　Atom%　　Compound　　Mass%　　Cation　　K

　　C K　　　　0.277　　19.16　　0.05　　　33.39　　　　　　　　　　　　　　　　　5.4861

　　O K　　　　0.525　　38.10　　0.08　　　49.83　　　　　　　　　　　　　　　　　42.3140

　　Na K　　　　1.041　　1.86　　0.13　　　1.69　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.8685

　　P K　　　　2.013　　0.94　　　0.05　　　0.64　　　　　　　　　　　　　　　　　1.0866

　　Cl K　　　　2.621　　0.63　　0.04　　　0.37　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.8196

　　K K　　　　3.312　　1.12　　　0.06　　　0.60　　　　　　　　　　　　　　　　　1.5480

　　Ni K　　　　7.471　　33.47　　0.22　　　11.93　　　　　　　　　　　　　　　　　42.2353

　　Cu K　　　　8.040　　4.71　　　0.29　　　1.55　　　　　　　　　　　　　　　　　5.6419

　　Total　　　　　　　　100.00　　　　　　100.00

　　從以上數(shù)據(jù)分析不難發(fā)現(xiàn)，此問題的產(chǎn)生主要為外來物粘附于板面造成。追溯當(dāng)天防焊生產(chǎn)記錄和生產(chǎn)狀況得知，防焊車間在下班前兩小時(shí)已停水，而其中幾款板因特急趕板，在顯影機(jī)無進(jìn)水的情況下勉強(qiáng)生產(chǎn)，顯影水洗過臟導(dǎo)致顯影液粘附于板面，從而導(dǎo)致可焊性不良。從上述EDS分析中也可以證實(shí)，其表面麻點(diǎn)結(jié)晶物主要為碳酸鈉。

　　要解決此一問題，要求PCB工廠切忌在異常情況下生產(chǎn)，特別是在停水時(shí)，不可因?yàn)樘丶壁s板而繼續(xù)生產(chǎn)，以免造成不必要的損失。其問題的歸納也為操作問題導(dǎo)致。

　　在PCB生產(chǎn)過程中發(fā)生的種種問題，大都產(chǎn)生于操作過程中。而問題根源的查找，采用傳統(tǒng)的手法往往不能發(fā)現(xiàn)問題的根源，從而不能達(dá)到預(yù)防問題再次發(fā)生之目的。經(jīng)過電子掃描顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析能夠更好的幫助我們分析PCB在生產(chǎn)制作過程中發(fā)生失效的根本原因，從而達(dá)到找出問題發(fā)生的根本原因以及預(yù)防問題再次發(fā)生的目標(biāo)。
編輯：YYX