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PCB熔錫不良現(xiàn)象背后的失效機(jī)理

新陽(yáng)檢測(cè)中心 ? 來(lái)源:新陽(yáng)檢測(cè)中心 ? 作者:新陽(yáng)檢測(cè)中心 ? 2022-11-21 11:05 ? 次閱讀
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樣品信息

#1為失效樣品,取#1樣品中的RG11;#2為非同周期PCB板,取#2樣品中的C37。

#1樣品

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#2樣品

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分析過(guò)程

外觀分析

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d154fecaba084654a673365132558655~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=fKDKXUqiEaaKsXv%2Fh00ItwmlxF4%3D

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說(shuō)明:#1樣品RG11失效位置呈現(xiàn)無(wú)Sn潤(rùn)濕狀態(tài)或退潤(rùn)濕狀態(tài),PAD面平整,有明顯助焊劑殘留。器件焊端均有明顯的Sn潤(rùn)濕。

#1樣 SEM分析

對(duì)#1失效點(diǎn)進(jìn)行未潤(rùn)濕點(diǎn)的表征分析,下圖為RG11典型PAD的SEM分析:

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說(shuō)明:#1樣品RG11未潤(rùn)濕PAD,表面平整,且有明顯的助焊劑殘留。這說(shuō)明在回流初期,Sn與這個(gè)面發(fā)生過(guò)作用。但由于潤(rùn)濕不良,導(dǎo)致焊錫無(wú)附著或退潤(rùn)濕異常。

#1樣 EDS分析

對(duì)RG11失效PAD進(jìn)行EDS成分分析如下:

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f2049c2fdbb54b8fadf256ea2ae3db30~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=CT8R%2FU%2BwTj18JlcSBnyCvnelxvc%3D

22e73cef1ed647a6968aab5cba629323~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=7VFDmP83BmeyiLdUYnsY4b93rDU%3D

說(shuō)明:對(duì)失效PAD進(jìn)行成分分析,未發(fā)現(xiàn)異常元素, C元素約占30%(助焊劑主要成分之一)。

#1樣 切片分析

取#1樣品中的RG11進(jìn)行切片分析:

斷面金相分析

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斷面SEM分析

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斷面EDS分析

95df35e3a1554724b33fe9a4e008ddfd~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=Hr0kVlWkW7ZwW00cOgEMqrmBRJ4%3D

de0cf600fc7d4e439dbca76795f2a3b2~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=BLx06RM4HmzPilWKLUO4nAWdjac%3D

IMC厚度測(cè)量

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說(shuō)明:

金相分析:#1樣品RG11進(jìn)行切片金相分析,不潤(rùn)濕點(diǎn)的焊錫主要收縮到器件端子的位置(圖示),PCB PAD上不潤(rùn)濕。潤(rùn)濕良好的焊點(diǎn)延伸出來(lái)的PAD上有明顯焊錫。

SEM&EDS斷面分析:

#1樣品RG11未潤(rùn)濕PAD表層呈現(xiàn)合金化狀態(tài)(IMC層裸露),以Cu、Sn組成,整體比例約40:60,說(shuō)明合金層(IMC)構(gòu)成為Cu6Sn5 。

#1樣品RG11未潤(rùn)濕PAD的IMC厚度最大3.23μm,IMC厚度最小1.05μm。

#2樣 鍍層厚度分析

針對(duì)未回流的PCB測(cè)試下記標(biāo)識(shí)點(diǎn)位PAD:

404b8a7080f44dbb81332241d7fc103f~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=15xxhvFDtrSqQlNXr6CYjLH4N%2Bw%3D

122f8a28ca804da89dc4a4c9f33a12db~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=%2FiFU4hbY1FVsq2JVLgeBgYq0OyQ%3D

說(shuō)明:通過(guò)對(duì)#2的鍍層分析可見(jiàn),Cu+Sn(噴錫工藝),Sn的厚度Min1.055μm,Max 9.217μm,平均4.245μm。

#2樣 斷面分析

取#2樣品C37對(duì)PAD位置進(jìn)行切片分析:

斷面SEM分析

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斷面EDS分析

b293f5640aaa48f5aeeb345925081a6f~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=Nxf02Qd7pNc0FKpaThrzqJr4Rz8%3D

36db6623b6964c3e98fa277f559a1995~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=94ZV3HnfLPrBpVV6bC2e7bgDbmE%3D

e9aa620607b14d93a260b47a4f6fffe7~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=EqsUGFfAuNnUifwo7lvvc4esIWc%3D

說(shuō)明:對(duì)#2樣品C37 PAD位置進(jìn)行斷面SEM分析, PAD表層呈現(xiàn)合金化狀態(tài)(部分位置IMC層裸露),IMC厚度最大1.23μm,IMC厚度最小0.93μm,IMC層的Cu、Sn比例約40:60,說(shuō)明IMC構(gòu)成為Cu6Sn5。

分析結(jié)果


原因分析

結(jié)合上述分析來(lái)看,對(duì)PCB PAD不潤(rùn)濕的失效分析如下:

1.PCB焊盤(pán)的表面處理方式為熱風(fēng)整平(噴錫);

2.失效焊點(diǎn)PAD上無(wú)明顯Sn(錫膏)附著,未發(fā)現(xiàn)異常元素, C元素約占30%(助焊劑主要成分之一);

3.斷面分析表明未潤(rùn)濕位置具有典型特征:表面合金化,即IMC層裸露。通過(guò)元素分析,IMC層的Cu、Sn比例約40:60,說(shuō)明IMC構(gòu)成為Cu6Sn5。

4.PCB的鍍層分析Sn的厚度Min1.055μm,Max9.217μm,平均4.245μm。#2樣品C37對(duì)PAD位置進(jìn)行斷面SEM分析, PAD表層呈現(xiàn)合金化狀態(tài)。

失效機(jī)理解析

PCB表面Sn鍍層厚度不均勻,導(dǎo)致局部位置焊盤(pán)表面的鍍層合金化,即IMC層(Cu6Sn5)裸露。由于IMC含有大量的Cu,其熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于錫焊料,從而造成焊盤(pán)表面可焊性降低,回流焊接時(shí)易發(fā)生焊盤(pán)不潤(rùn)濕,焊錫爬至器件焊端的現(xiàn)象。

典型失效圖示:

ae9fea37f0d14d548d0d24c76c40e676~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=%2BskBXqmR0hI9fHtCWuNudSjdyS0%3D

38b8ef91991a4488a48d6b6bdd1aaca9~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=jPEtPJ3XpPYWqPiOXndnlbwrVIM%3D

注:錫厚度不均勻?qū)е碌腻儗雍辖鸹菬犸L(fēng)整平(噴錫)工藝PCB常見(jiàn)的失效模式。

bfaf1867159f4a1fb76c7eeb10dbd49d~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1669603903&x-signature=YPAharipWfwxNbDHos0Upmmwcso%3D

新陽(yáng)檢測(cè)中心有話(huà)說(shuō):

本篇文章介紹了PCB熔錫不良失效分析的案例。如需轉(zhuǎn)載本篇文章,后臺(tái)私信獲取授權(quán)即可。若未經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載,我們將依法維護(hù)法定權(quán)利。原創(chuàng)不易,感謝支持!

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審核編輯 黃昊宇

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