沉锡焊盘上锡不良失效分析

1、沉锡焊盘上锡不良失效分析案例背景送检样品为某PCBA板，该PCB板经过SMT后，发现少量焊盘出现上锡不良现象，样品 的失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，该PCB板为双面贴 片，出现上锡不良的焊盘均位于第二贴片面。分析方法简述2.1样品外观观察如图1所示，通过对失效焊盘进行显微放大观察，焊盘存在不上锡现象，焊盘表面未发现 明显变色等异常情况。图1、失效焊盘图片2.2焊盘表面SEM+EDS分析如图24所示，对NG焊盘、过炉一次焊盘、未过炉焊盘分别进行表面SEWI观察和EDS 成分分析，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沉锡层出现重结晶, 表面均未

2、发现异常元素；J 1 U :叱 d金*-r G i -.三 vh/ . , Ib 90 / 0 Billi i ) i iMTT463kV10 1mmx2 0Qk SE20 0umCuOsUCu Cu du CuSnCI CuknO I斗1Sf ClusSoCu CuU 1 WPOU 61015 keV51015 keVCursor=VcTt=3942Window .005 40.955二 248,S75 entCursor=Vcn=3S88Window .005 40.9SX233,079 m图2. NG焊盘的SEM照片及EDS能谱Sn15 keVCursor= Vcrt=1819Curso

3、r Vert=1794VlGdow .005 40.955=5S.S25 entCu CuIS1015 keVWiixlow .005 40.955=57.746 ent图3过炉一次焊盘的SEM照片+EDS能谱图/TT 15.0KV 10 1mm x2 OOk SE 20 CumSn1SaS1SnCus他CuSiiCuSn肌SnCu CuS血CU Cu1015 keVCursor=Vcn=3168Window .00, 40.9,2 128 J 54 ent图4.未过炉焊盘的SEM照片+EDS能谱图2.3焊盘FIB制样剖面分析如图57所示，利用FIB技术对失效焊盘、过炉一次焊盘及未过炉焊盘制作

4、剖面，对剖面 表层进行成分线扫描，发现NG焊盘表层已经出现Cu元素，说明Cu已经扩散至锡层表面； 过炉一次焊盘表层在0.3pm左右深度出现Cu元素，说明过炉一次焊盘后，纯锡层厚度约为 0.3pm；未过炉焊盘的表层在0.8pm左右深度出现Cu元素，说明未过炉焊盘的纯锡层厚度约 为0.8pm。鉴于EDS测试精度较低，误差相对较大，接下来釆用AES对焊盘表面成分进行进 步分析。3nc100|&图6过炉一次焊盘剖面的SEM照片+EDS能谱图In tarsum图7未过炉焊盘剖面的SEM照片+EDS能谱图2.4焊盘表面AES成分分析对NG焊盘和过炉一次焊盘的极表面成分进行分析，NG焊盘在0200nm深度范

5、围内, 主要为Sn、O元素，200350nm深度范圉内，为铜锡合金，儿乎不存在纯锡层；过炉一次焊盘在0140n m深度范围内主要为锡层，之后出现元素Cu （金属化合物），如图12-15所示。as2CW0Atomic % C1 83.5 O1 10.4 Sni 6.0100015COKncoc Energy W)图8.NG焊盘测试位置图9.NG焊盘极表面的成分分析图谱60-30-100 200300cep th (nm)图10.NG焊盘表面（约50nm深度）的成分分析图谱图11 焊盘表面（0350nm深度）的成分分布曲线25J1CAtomic% C1 62.7 01 23.0OSni 143!?

6、07i0i33 spe05 as200010001500KneOc Ensvy 旳图12 过炉一次焊盘表面成分分析位置示意图图13 过炉一次焊盘表面的成分分析图谱0710136 spe25CCAtomic % C1 65.5 sm 34.5100015C0KneO: Ercsy CeV)20004 o O6 3(M)cauooO图14 过炉一次焊盘表面（约50nm深度）的成分分析图谱图15过炉一次焊盘表面（0220nm）深度的成分 分布曲线3-分析与讨论由以上分析结果可以导致焊盘不上锡的原因总结如下：a）. NG焊盘表面纯锡层已经完全消耗殆尽（表层氧化，内部则转化为金属间化合物），不能 满足良好的可焊性要求；b）.焊盘经过过炉一次时，高温会促使锡与铜相互扩散，形成合金层，导致纯锡层变薄；c）. NG焊盘在SMT贴装询已经过完一次炉，在过炉过程中，表层锡会被氧化，同时高温加 剧锡与铜相互扩散，形成铜锡合金，使铜锡合金层变厚，锡层变薄。当锡层厚度小于0.2pm, 焊盘将不能保证良好的可焊性，出现上锡不良失效。建议采用氮气作为SMT保护气氛；增加PCB板沉