PCB技術 - PCBパッド上の不良TiNの故障解析

ケース背景

検査のために提出されたサンプルは PCBAボード. PCBボードがSMTであったあと, パッド数が少ないので、ピン止めが悪い. サンプルの故障率は約3. PCBボードパッドの表面処理プロセスは化学すず浸漬である, PCBボードは両面パッチである, そして、ハンダが悪いパッドは、全て第2のパッチ表層にある.

2分析方法の簡単な記述

サンプル外観の2.1の観察

図1に示されるように、不良パッドの顕微鏡観察を通して、パッド上にスズがなく、パッドの表面上に明白な変色のような異常な状態は見られない。

不良TiNの破壊解析 PCBパッド

2.2パッド表面のSEM + EDS解析

表面パッド観察とeds成分解析をngパッド，一度焼成パッド，及び非焼成パッドについて行った。非焼成パッドの表面はよく形成され，一度焼成したパッドと不良パッドの表面はtin浸漬された。層は再結晶し，異常な元素は表面にはなかった

パッドのFIB試料調製プロファイルの2.3分析

失敗したパッドの断面を作るためにFIB技術を使用してください、一度、パッドと非焼成パッドを発射して、プロフィールの表面をスキャンしてください。銅の元素がngの表面に現れ，銅がtin層の表面に拡散していることが分かった炉パッドの表面には、約0.3×1／4 mの深さでCu元素が現われ、純粋なTiN層の厚さは炉パッド後0.3〜1／4 m程度である。炉パッドの純錫層の厚さは、約0.8 mg／mであり、EDS試験の精度が低く、比較的大きな誤差を示すので、次の工程はパッドの表面組成をさらに分析するためにAESを使用することである。

2.4パッド表面のAES組成解析

NGパッドと一回発射パッドの極性表面組成を分析してください。NGパッドは0〜200 nmの深さ範囲であり、主にSnとOの元素であり、200〜350 nmの深さ範囲では、ほとんど存在しない銅スズ合金である。純粋な錫層；ハンダパッドは主に炉の後の0～140 nmの深さ範囲の錫層である

分析と議論

以上のような解析結果に基づいて、はんだパッドをなめらかにすることができない理由を以下にまとめる。

a )NGパッド表面上の純粋なTiN層は完全に消費され（表面層は酸化され、内部は金属間化合物に変換される）、良好なはんだ付け性の要件を満たすことができない

b）パッドが一旦炉を通過すると、高温は錫と銅との相互拡散を促進して合金層を形成し、結果として純粋なTiN層の薄膜化が生じる

c )NGパッドは、SMT配置の前に炉を通っていました。炉プロセスの間、表面錫は酸化される。同時に、高温は錫と銅の相互拡散を悪化させ、銅－錫合金を形成し、銅－錫合金層を厚くする。TiN層は薄くなる。TiN層の厚さが0.2×1／4 m未満では、良好なはんだ付け性を確保できず、TiN塗布不良が生じる。

4 .提案

（1）SMT保護雰囲気として窒素を用いる。

（2）TiN層の厚さが、一旦炉を通過した後のはんだ付け性要件を満たすことを確実にするために、PCB基板の錫浸漬層の厚さを増加させること。

参考文献

（1）GJB 548 B−2005マイクロエレクトロニクスデバイス試験方法及び手順方法

(2) IPC-J-STD-003B-2007 PCBのはんだ付け性 試験方法