印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
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掌握这种失效分析思路,新手工程师也能精准锁定PCB上锡不良根源

发布时间: 2025-09-25 00:00
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PCB上锡不良根源

PCB表面处理工艺的多元化,满足了日益复杂的PCB组装焊接要求的同时,也出现了很多兼容性问题, 其中,PCB焊盘上锡不良就是常见的问题之一。

某PCB在组装生产过程中焊盘出现明显的上锡不良现象,本文将通过形貌观察、表面分析、切片分析、验证分析等一系列专业的检测分析,分析PCB上锡不良的失效原因与失效机理,并提出改善建议。


1.外观检查

对焊盘上锡不良位置进行外观检查发现,NG PCBA多处焊盘位置明显发现上锡不良现象,表现为焊盘润湿不良、焊盘露金异常。

外观检查




图1.上锡不良焊点外观检查照片

2.表面分析

上锡不良焊盘表面形貌未见明显污染和镍腐蚀异常;EDS结果显示,上锡不良位置未发现异常元素存在;上锡不良位置发现较多Au元素存在,即焊盘Au层未溶入焊锡。

表面分析




图2.上锡不良焊盘清洗后SEM图片及EDS能谱图

3.剖面分析

上锡不良位置表面平整,未发现明显焊锡残留,与表面观察结果一致。镀层放大后,未发现明显镍腐蚀现象,排除镍层腐蚀对焊盘上锡不良的影响;其他正常焊盘焊接未见异常。

剖面分析




剖面分析




图3.NG PCBA焊点切片后截面形貌观察形貌及EDS能谱图




4.PCB光板分析

PCB焊盘表面形貌未见明显污染与镍腐蚀现象,未发现异常元素存在。

PCB光板分析




图4.PCB光板焊盘表面形貌及EDS谱图




剖面分析:PCB焊盘切片后,镀层未见镍腐蚀异常;EDS结果显示,Ni层P含量属正常范围。

PCB光板分析

图5.PCB光板焊盘剖面形貌及EDS谱图




5.AES分析

 为了确认上锡不良焊盘及PCB焊盘极表面成分状况,现通过AES对上锡不良焊盘、PCB光板焊盘进行测试,结果发现:

金层表面已经存在较高含量的镍,高镍的存在影响了金层化学特性。

金/镍互溶的直接影响有两点:

①元素金的化学特性消失,改变了镀层表面能,降低其润湿力;

②镍原子向金层中扩散导致镍原子与氧气接触的概率增大,氧化镍本身可焊性差,进一步恶化镀层可焊性。

 PCB光板:PCB焊盘表面检测到Ni元素;测试结果显示,纯金层厚度偏薄。(备注:C的峰极其微小,但是C的灵敏度很高,极其微小的C,峰也能出来。)


AES分析




图6.AES测试位置

表1.PCBA不良焊盘表面清洗后AES测试结果(At.%)

AES测试位置

(备注:溅射深度参照硅片溅射速度进行计算得出,故数据结果与实际深度有偏差。)




表2.PCB光板焊盘表面AES测试结果(At.%)

PCB光板焊盘表面AES测试结果

(备注:溅射深度参照硅片溅射速度进行计算得出,故数据结果与实际深度有偏差。)




6.不良焊盘上锡性验证

不良焊盘经过酒精清洗并浸锡后,焊盘仍存在上锡不良现象,这侧面证实了AES分析结果的正确性,即焊盘金层的金镍互溶严重影响可焊性,这种不良无法通过清洗或者改变焊接条件来得到优化。

不良焊盘上锡性验证




图7.上锡不良位置浸锡前后照片对比




7.PCB上锡性验证

PCB光板浸锡后,发现部分焊盘上锡不良现象,同样表现为金层未溶入焊锡,与PCBA失效现象一致。

PCB上锡性验证

图8.PCB光板焊盘浸锡后照片




8.总结与建议

结论:ENIG 焊盘上锡不良的原因为PCB焊盘金层内含有较高含量的镍,金镍互溶导致焊盘表面润湿能力降低。


建议:

      1.优化PCB物料来料质量管控,增加可焊性测试;

      2.监控镀金槽内的镍离子含量,防止镍含量超标;

       3.适当增加金层有效厚度,具体参见IPC标准。



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