PCB科技 - PCB焊盤鍍錫不良失效分析FMEA

1.案例背景

送檢樣品為PCBA板。 PCB板進行SMT後，發現少數焊盤鍍錫不良。 樣品的失敗率約為千分之三。 PCB板焊盤的表面處理工藝為化學浸錫，PCB板為雙面貼片，焊接不良的焊盤均位於第二貼片表面。

2.分析方法簡述

2.1樣品外觀觀察

如圖1所示，通過對失效焊盤的顯微鏡觀察，焊盤上沒有錫，焊盤表面也沒有發現明顯變色等异常情况。

PCB焊盤鍍錫不良故障分析

2.2襯墊表面的SEM+EDS分析

對NG墊、一次燒制墊和未燒制墊進行表面SEM觀察和EDS成分分析。 未燒成的焊盤表面形成良好，一次燒成的和失效的焊盤的表面浸錫。 該層重新結晶，表面未發現异常元素；

2.3襯墊的FIB樣品製備剖面分析

使用FIB科技製作失效焊盤、一次性燒制焊盤和非燒制焊盤的橫截面，並掃描型材表面。 發現Cu元素已經出現在NG焊盤的表面上，表明Cu已經擴散到錫層的表面； Cu元素出現在爐墊表面約0.3μm的深度處，這意味著純錫層的厚度在爐墊之後約為0.3μm。 爐墊的純錫層的厚度約為0.8μm。 鑒於EDS測試的精度較低，誤差相對較大，下一步是使用AES進一步分析焊盤的表面成分。

2.4焊盤表面AES成分分析

分析NG焊盤和一次燒制焊盤的極性表面成分。 NG焊盤在0~200nm的深度範圍內，主要是Sn和O元素，在200~350nm的深度區域內，它是一種銅錫合金，幾乎不存在。 純錫層； 焊盤主要是在爐後0～140nm深度範圍內的錫層，之後出現元素Cu（金屬化合物）

3.分析與討論

基於以上分析結果，總結出焊盤不能鍍錫的原因如下：

a）。 NG焊盤表面的純錫層已經完全消耗掉（表面層被氧化，內部轉化為金屬間化合物），不能滿足良好可焊性的要求；

b）。 當焊盤經過熔爐一次時，高溫會促進錫和銅的相互擴散，形成合金層，導致純錫層變薄；

c）。 在SMT放置之前，NG焊盤已經通過熔爐一次。 在熔爐過程中，表面錫會被氧化。 同時，高溫會加劇錫和銅的相互擴散，形成銅錫合金，使銅錫合金層變厚。， 錫層變得更薄。 當錫層的厚度小於0.2μm時，焊盤將無法保證良好的可焊性，並且將發生較差的錫應用故障。

4.建議

（1）使用氮氣作為SMT保護氣氛；

（2）新增PCB板的浸錫層厚度，以確保經過一次爐後錫層的厚度仍能滿足可焊性要求。

5.參攷標準

（1）GJB 548B-2005微電子器件試驗方法和程式方法5003微電路故障分析程式

（2）IPC-J-STD-003B-2007 PCB可焊性試驗方法