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沉錫焊盤上錫不良失效分析

2015-08-13  瀏覽量:3347

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。

 

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(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;

 

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(guò)爐一次焊盤的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(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。

 

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(guò)爐一次焊盤剖面的SEM照片+EDS能譜圖
失效分析
失效分析
圖7.未過(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。

 

失效分析
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
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(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
失效分析 失效分析
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 ***

 

作者簡(jiǎn)介:

MTT(美信檢測(cè))是一家從事材料及零部件品質(zhì)檢驗(yàn)、鑒定、認(rèn)證及失效分析服務(wù)的第三方實(shí)驗(yàn)室,網(wǎng)址:m.czyx888.com,聯(lián)系電話:400-850-4050。

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