沉锡电路板上锡不良的原因

1、沉锡电路板上锡不良的原因摘 要PCBA上的沉锡焊盘在二次过炉过程中出现上锡 不良现象，通过对失效焊盘、过炉一次焊盘、未过炉板焊盘 进行表面观察、FIB制样剖面分析、AES表面成分分析等手段 查找失效原因。结果表明：由于失效焊盘在第二次过炉前已 经被氧化，且焊盘表面沉锡层厚度急剧减薄，从而导致焊盘 上锡不良。【关键词】沉锡 FIB剖面制样 AES成分分析 上锡不良1 案例背景失效样品为某型号双面贴片 PCBA板，该PCB板经过两 次 SMT 后，发现 B 面少量焊盘出现上锡不良现象， ?悠返氖 ? 效率大概在千分之三左右。该PCB板焊盘表面处理工艺为化 学沉锡，出现上锡不良的焊盘均位于第二贴片面

2、。2 分析方法简述2.1 焊盘表面 SEM 分析通过 SEM 分别对失效焊盘、 过炉一次焊盘、 未过炉焊盘 进行表面微观形貌观察，如图 1 所示。结果表明，未过炉焊 盘表面沉锡层成型良好，过炉一次焊盘和失效焊盘表面存在 微小的凸起颗粒，表明沉锡层在过炉后表面生成晶须。2.2焊盘FIB制样剖面分析通过 FIB 对失效焊盘、过炉一次焊盘及未过炉焊盘进行来制作剖面，再通过 EDS对剖面表层进行成分线扫描，具体 结果见图23。结果表明：失效焊盘在表层已经出现Cu元素，说明纯锡层中 Sn已经基本完全与 Cu形成合金；过炉一 次焊盘的表层在0.3卩m左右深度出现 Cu元素，说明过炉一 次焊盘后，纯锡层厚度

3、约为0.3卩m;未过炉焊盘的表层在0.8卩m左右深度出现 Cu元素，说明未过炉焊盘的纯锡层厚 度约为0.8卩m。由此可见随着过炉次数的增加，焊盘表面锡层厚度大幅 下降，过炉一次后锡层厚度几乎不能满足再次焊接的要求。 由于EDS分析精度的缘故，需采用 AES对其表面进行高精度 分析。2.3焊盘表面AES成分分析由于EDS的检测深度超过沉锡层厚度，现采用AES （俄歇电子能谱，分析深度约为 5nm）对失效焊盘和过炉一次焊 盘的表面进行深度成分分析。图 4 为过炉一次焊盘在 0 220nm 深度范围的成分分布 曲线图，由图可知，过炉一次焊盘表面在 0 187nm 范围内 主要为C、Sn；在180nm

4、左右出现Cu元素，说明在该深度 已经出现铜锡化合物。由此可见，过一次炉焊盘表面锡层并 未发生严重氧化，但金属件化合物已经长大，焊盘表面剩余 锡层厚度极薄。3 分析与讨论 沉锡板焊盘的结构主要分为铜层、铜锡合金层、纯锡层 及表层的氧化锡层，其中纯锡层可保证焊盘表面具有良好的 润湿性，在回流焊过程中，表层的氧化锡层会被锡膏中助焊 剂的活性物质去除，锡膏与纯锡层熔融，使焊盘上锡良好， 一般而言，焊盘表层至少要存在 0.2卩m的纯锡层，才能保 证焊盘良好的可焊性。失效现象均出现在第二贴片面，说明 NG 样品在第一次过炉过程中，由于高温加速铜与锡之间的 扩散，使铜锡合金层变厚，同时纯锡层氧化加剧，导致纯

5、锡 层被严重消耗；在第二次过炉焊接时，助焊剂的活性不足， 表层氧化物未被完全去除（由 AES成分分析可知），纯锡层 厚度不足，焊盘润湿性差，导致焊盘不上锡。4 结论NG 样品均出现在第二贴片面，说明焊盘在第一次过炉 过程中，由于高温作用加速铜与锡之间的扩散，使铜锡合金 层变厚，同时加剧纯锡层被氧化，导致纯锡层变薄；在第二 次过炉焊接时，助焊剂的活性不够强，表层氧化锡未被完全 去除，且纯锡层厚度不足，导致焊盘润湿性差，出现不上锡 失效。5 建议（ 1）使用活性更强的助焊剂， 增强锡膏去氧化层能力；（2）增加PCB板沉锡层厚度，保证在过炉一次后，锡层厚度仍能满足可焊性要求；( 3)增加氮气保护，降低焊盘表层氧化。参考文献1 苏章泗化学沉锡工艺初探J.印刷电路信息，2001 (05).2 李伏，李斌.你了解沉锡吗J.印刷电路信息，2012( 09).3 李伏，李斌，辜小谨.沉锡PCB焊接失效分析方法J. 印刷电路信息， 2014(03) .作者简介吕俊杰( 1969