PCB退润湿失效分析
文章来源:腾昕检测
案例背景
PCB回流后出现图示芯片位置焊盘不润湿现象,目前的失效面是第二次贴装面,不良主要集中在芯片位置,具体的PIN脚无明显趋势。
分析过程
Part.1
失效点外观分析
#1失效点外观图示:
#2失效点外观图示:
#3失效点外观图示:
从以上述外观检测结果中发现,不良主要集中于芯片引脚焊盘的位置。
发生严重不良的区域完全无锡润湿,表现轻微的区域有锡退润湿现象,未润湿PAD平整,存在明显助焊剂残留。
Part.2
针对#2失效点位的表面分析
1、对三个典型PAD进行SEM分析:
图示三个典型未润湿PAD均处于完全无锡附着的状态,表面平整,有明显的助焊剂残留。
说明在回流初期,锡曾作用于这个面,但因润湿不良,出现退润湿而导致焊锡无附着。
2、对PAD上有残留物的位置进行EDS成分分析
以C元素为主(助焊剂主要成分之一),Sn、Cu占比比例约2:1。
3、对PAD上无明显残留的位置进行EDS成分分析
排除掉其他元素成分影响,表面成分以Cu、Sn组成,整体比例约40:60。
Part.3
#1失效点切片断面分析
切片方向(第一排)
1、断面金相分析
图一 不润湿部位断面图示
图二 蚀锡、蚀铜后的断面图示
图一不润湿点焊锡主要收缩至器件后焊脚位置,延伸出来的PAD上不润湿。
通过图二可以看到未润湿位置无铜咬蚀的特征,且未润湿面基本无(单纯的)锡残留。
2、断面SEM分析
未润湿PAD表层呈现合金化状态(IMC层裸露)。
3、断面EDS分析
IMC层以Cu、Sn为主要成分,整体比例约40:60。
Part.4
PCB芯片pad镀层厚度分析
对同周期PCB的镀层分析,为Cu+Sn(喷锡工艺),Sn的厚度Min10.22μm,Max 16.73μm,平均13.96μm。
分析结果
喷锡板在PCB喷锡工艺端会形成IMC,实现Sn的附着。在SMT回流焊时,已经形成的IMC厚度会增长,从而消耗掉一部分表层Sn。
从本次的失效点特征分析,可以判断导致PAD不润湿的原因是PAD表面的喷锡合金化,IMC层裸露,造成表面润湿性降低,形成润湿不良。推断PAD表面镀层合金化的原因:
1、PCB喷锡工艺存在缺陷,受热风影响喷锡不均匀,特别是芯片类小面积PAD;
2、该PCB芯片面实际回流了2次,第1次芯片面空载回流,加剧PCB上的芯片位置PAD合金化。
改善建议
1、PCB喷锡工艺的控制优化,小面积PAD上的Sn均匀性可以通过外观及可焊性测试进行控制检验;
2、在保障LED面焊接质量的前提下,降低整体的回流温度及时间,降低芯片面镀层合金化程度;
3、减小芯片pin脚焊接时的芯吸效应,回流温度上下温区温度差异化设定(上温区>下温区5-10℃)。
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