1. 案例背景 

    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，失效分析。

2. 分析方法簡(jiǎn)述 

2.1 樣品外觀觀察

    如圖1所示，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。

圖1、失效焊盤圖片

2.2 焊盤表面SEM+EDS分析

    如圖2~4所示，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；

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

2.3 焊盤FIB制樣剖面分析

    如圖5~7所示，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。

圖5. NG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

2.4 焊盤表面AES成分分析

    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），如圖12~15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.焊盤表面（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

3. 分析與討論

    失效分析，由以上分析結(jié)果可以導(dǎo)致焊盤不上錫的原因總結(jié)如下：

    a). NG焊盤表面純錫層已經(jīng)完全消耗殆盡（表層氧化，內(nèi)部則轉(zhuǎn)化為金屬間化合物），不能滿足良好的可焊性要求；

    b). 焊盤經(jīng)過(guò)過(guò)爐一次時(shí)，高溫會(huì)促使錫與銅相互擴(kuò)散，形成合金層，導(dǎo)致純錫層變薄；

    c). 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。

4. 建議

    （1）采用氮?dú)庾鳛镾MT保護(hù)氣氛；

    （2）增加PCB板沉錫層厚度，保證在過(guò)爐一次后，錫層厚度仍能滿足可焊性要求；

5. 參考標(biāo)準(zhǔn)

    （1）GJB 548B-2005 微電子器件試驗(yàn)方法和程序 方法 5003 微電路的失效分析程序

    （2）IPC-J-STD-003B-2007 印刷電路板可焊性測(cè)試方法

*** 報(bào)告結(jié)束 ***

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