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沈錫焊盤上錫不良失效分析

2015-08-13  瀏覽量:930

五十路 

    送檢樣品為某PCBA板,該PCB板經過SMT後,發現少量焊盤出現上錫不良現象,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沈錫,該PCB板為雙面貼片,出現上錫不良的焊盤均位於第二貼片面,失效分析

 

2. 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,焊盤存在不上錫現象,焊盤表面未發現明顯變色等異常情況。

 

失效分析

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NG焊盤、過爐壹次焊盤、未過爐焊盤分別進行表面SEM觀察和EDS成分分析,未過爐焊盤表面沈錫層成型良好,過爐壹次焊盤和失效焊盤表面沈錫層出現重結晶,表面均未發現異常元素;

 

失效分析  失效分析
 失效分析失效分析 
圖2. NG焊盤的SEM照片及EDS能譜
 失效分析失效分析 
 失效分析失效分析 
圖3.過爐壹次焊盤的SEM照片+EDS能譜圖
 失效分析失效分析 
 失效分析失效分析 
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5~7所示,利用FIB技術對失效焊盤、過爐壹次焊盤及未過爐焊盤制作剖面,對剖面表層進行成分線掃描,發現NG焊盤表層已經出現Cu元素,說明Cu已經擴散至錫層表面;過爐壹次焊盤表層在0.3μm左右深度出現Cu元素,說明過爐壹次焊盤後,純錫層厚度約為0.3μm;未過爐焊盤的表層在0.8μm左右深度出現Cu元素,說明未過爐焊盤的純錫層厚度約為0.8μm。鑒於EDS測試精度較低,誤差相對較大,接下來采用AES對焊盤表面成分進行進壹步分析。

 

失效分析 
 失效分析
圖5. NG焊盤剖面的SEM照片及EDS能譜
失效分析 
失效分析
圖6.過爐壹次焊盤剖面的SEM照片+EDS能譜圖
失效分析
失效分析
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焊盤和過爐壹次焊盤的極表面成分進行分析, NG焊盤在0~200nm深度範圍內,主要為Sn、O元素,200~350nm深度範圍內,為銅錫合金,幾乎不存在純錫層;過爐壹次焊盤在0~140nm深度範圍內主要為錫層,之後出現元素Cu(金屬化合物),如圖12~15所示。

 

失效分析
圖8.NG焊盤測試位置圖9.NG焊盤極表面的成分分析圖譜
失效分析失效分析
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
失效分析失效分析
圖12.過爐壹次焊盤表面成分分析位置示意圖圖13.過爐壹次焊盤表面的成分分析圖譜
失效分析失效分析
圖14.過爐壹次焊盤表面(約50nm深度)的成分分析圖譜圖15.過爐壹次焊盤表面(0~220nm)深度的成分分布曲線

 

3. 分析與討論

 

    失效分析,由以上分析結果可以導致焊盤不上錫的原因總結如下:

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

    b). 焊盤經過過爐壹次時,高溫會促使錫與銅相互擴散,形成合金層,導致純錫層變薄;

    c). NG焊盤在SMT貼裝前已經過完壹次爐,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。當錫層厚度小於0.2μm,焊盤將不能保證良好的可焊性,出現上錫不良失效。

 

4. 建議

 

    (1)采用氮氣作為SMT保護氣氛;

    (2)增加PCB板沈錫層厚度,保證在過爐壹次後,錫層厚度仍能滿足可焊性要求;

 

5. 參考標準

 

    (1)GJB 548B-2005 微電子器件試驗方法和程序 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試方法

 

 

*** 報告結束 ***

 

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