沉錫焊盤上錫不良失效分析

1、沉錫焊盤上錫不良失效分析案例背景送檢樣品為某PCBA板，該PCB板經(jīng)過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PCB板焊盤表面處理工藝為化學(xué)沉錫，該PCB板為雙面貼 片，出現(xiàn)上錫不良的焊盤均位于第二貼片面。分析方法簡述2.1樣品外觀觀察如圖1所示，通過對失效焊盤進行顯微放大觀察，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24所示，對NG焊盤、過爐一次焊盤、未過爐焊盤分別進行表面SEWI觀察和EDS 成分分析，未過爐焊盤表面沉錫層成型良好，過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

2、發(fā)現(xiàn)異常元素；J 1 U :叱 d金*-r G i -.三 vh/ . , Ib 90 / 0 Billi i ) i iMTT463kV10 1mmx2 0Qk SE20 0umCuOsUCu Cu du CuSnCI CuknO I斗1Sf ClusSoCu CuU 1 WPOU 61015 keV51015 keVCursor=VcTt=3942Window .005 40.955二 248,S75 entCursor=Vcn=3S88Window .005 40.9SX233,079 m圖2. NG焊盤的SEM照片及EDS能譜Sn15 keVCursor= Vcrt=1819Curso

3、r Vert=1794VlGdow .005 40.955=5S.S25 entCu CuIS1015 keVWiixlow .005 40.955=57.746 ent圖3過爐一次焊盤的SEM照片+EDS能譜圖/TT 15.0KV 10 1mm x2 OOk SE 20 CumSn1SaS1SnCus他CuSiiCuSn肌SnCu CuS血CU Cu1015 keVCursor=Vcn=3168Window .00, 40.9,2 128 J 54 ent圖4.未過爐焊盤的SEM照片+EDS能譜圖2.3焊盤FIB制樣剖面分析如圖57所示，利用FIB技術(shù)對失效焊盤、過爐一次焊盤及未過爐焊盤制作

4、剖面，對剖面 表層進行成分線掃描，發(fā)現(xiàn)NG焊盤表層已經(jīng)出現(xiàn)Cu元素，說明Cu已經(jīng)擴散至錫層表面； 過爐一次焊盤表層在0.3pm左右深度出現(xiàn)Cu元素，說明過爐一次焊盤后，純錫層厚度約為 0.3pm；未過爐焊盤的表層在0.8pm左右深度出現(xiàn)Cu元素，說明未過爐焊盤的純錫層厚度約 為0.8pm。鑒于EDS測試精度較低，誤差相對較大，接下來釆用AES對焊盤表面成分進行進 步分析。3nc100|&圖6過爐一次焊盤剖面的SEM照片+EDS能譜圖In tarsum圖7未過爐焊盤剖面的SEM照片+EDS能譜圖2.4焊盤表面AES成分分析對NG焊盤和過爐一次焊盤的極表面成分進行分析，NG焊盤在0200nm深度范

5、圍內(nèi), 主要為Sn、O元素，200350nm深度范圉內(nèi)，為銅錫合金，兒乎不存在純錫層；過爐一次焊盤在0140n m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。as2CW0Atomic % C1 83.5 O1 10.4 Sni 6.0100015COKncoc Energy W)圖8.NG焊盤測試位置圖9.NG焊盤極表面的成分分析圖譜60-30-100 200300cep th (nm)圖10.NG焊盤表面（約50nm深度）的成分分析圖譜圖11 焊盤表面（0350nm深度）的成分分布曲線25J1CAtomic% C1 62.7 01 23.0OSni 143!?

6、07i0i33 spe05 as200010001500KneOc Ensvy 旳圖12 過爐一次焊盤表面成分分析位置示意圖圖13 過爐一次焊盤表面的成分分析圖譜0710136 spe25CCAtomic % C1 65.5 sm 34.5100015C0KneO: Ercsy CeV)20004 o O6 3(M)cauooO圖14 過爐一次焊盤表面（約50nm深度）的成分分析圖譜圖15過爐一次焊盤表面（0220nm）深度的成分 分布曲線3-分析與討論由以上分析結(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)過過爐一次時，高溫會促使錫與銅相互擴散，形成合金層，導(dǎo)致純錫層變?。籧）. NG焊盤在SMT貼裝詢已經(jīng)過完一次爐，在過爐過程中，表層錫會被氧化，同時高溫加 劇錫與銅相互擴散，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0.2pm, 焊盤將不能保證良好的可焊性，出現(xiàn)上錫不良失效。建議采用氮氣作為SMT保護氣氛；增加PCB板沉