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​化金板润湿不良失效分析

2024-03-18

文章来源:腾昕检测微信公众号

案例背景

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某电路板发生不良,初步判断为PCB焊盘拒焊,器件和焊盘间未形成有效的连接所导致。

分析过程

01 外观分析

# 样品1:

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# 样品2:

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测试结果

针对不良外观进行初步分析,发现不良位置主要呈现PCB焊盘拒焊的现象,锡聚集于pin脚位置,说明PCB焊盘是影响焊锡的主要因素。

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#样品1未印刷锡膏位置(TP点)焊盘与P板(未SMT实装)同样位置的外观比较:

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不良基板TP点表面观察

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PCB(未装件)TP点表面观察

测试结果

从图示两个位置可见,不良基板检测TP点焊盘有明显异色,未实装TP点焊盘有点状“麻点”,从整体观察,焊盘存在氧化的可能性。

02 表面SEM/EDS分析

# 样品1未焊锡点Q2 SEM分析:

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# 样品1未焊锡点Q2 EDS分析:

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测试结果

焊盘上无明显异物附着,Ni(镍)层有大面积开裂的现象。EDS分析发现无异常元素存在,可排除外部酸性物质腐蚀作用导致焊盘可焊性异常。

03 断面切片分析

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# R45断面金相分析:

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锡与PCB焊盘有明显的润湿

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锡与PCB焊盘有明显润湿,但存在焊接空洞

焊接空洞比(长方向):

160/238=67.17%

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# R46断面金相分析:

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两端焊接均有明显润湿,但存在焊接空洞,如下:

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焊接空洞比(长方向):129/238=54.1%

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焊接空洞比(长方向):124/238=52%

测试结果

从以上断面金相分析可见,最大焊接空洞导致电极底部67.17%未焊锡,说明样品在焊接方面存在缺陷。

# R46断面SEM分析:

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# R46断面EDS分析:

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测试结果

通过切片SEM分析发现,IMC层厚度达到5μm以上,超出常规IMC层可靠性要求(可接受范围1.5-4.5μm);EDS分析无异常元素。

04 褪金后Ni层SEM分析

采用褪金化学药水将#样品2 PCB焊盘表面金层去掉,对显露出的Ni层进行分析。

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Q41

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Q40

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TP点

测试结果

Ni层有大面积的Ni缝、Ni针孔

采用褪金化学药水将同周期PCB焊盘表面金层去掉,对Ni层进行分析。

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Q41

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Q40

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TP点

测试结果

Ni层有大面积的Ni针孔及轻微的Ni缝现象,说明PCB在化镍过程中有异常。

分析结果

综合上述检测结果,对造成PCB焊盘拒焊的失效原因分析如下:

1、通过切片及SEM分析,发现与焊接工艺相关的焊接空洞、IMC厚度异常两个问题较为突出;

2、PCBA样品与同周期PCB的Ni面均有明显的、大面积的Ni针孔及Ni腐蚀现象

基于以上测试和判断,导致PCB焊盘拒焊的原因为PCB Ni层存在大量针孔及Ni腐蚀现象,造成有机物残留以及Ni氧化问题,导致Au面污染,从而引起PCB焊盘拒焊。

改善建议

1、对PCB化镍制程进行改善;

2、对SMT工艺进行优化,解决焊接空洞以及IMC超厚问题,采用RTS曲线(升温-回流-降温线性曲线),在温度设定范围内(如下图),进行回流温度的调整及管制;

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3、对PCB焊盘可焊性进行抽样检测。


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