沉锡环球国际客服上锡不良失效分析

2015-08-13  浏览量:1269

1. 案例背景 

    送检样品为某PCBA板,该PCB板经过SMT后,发现少量环球国际客服出现上锡不良现象,样品的失效率大概在千分之三左右。该PCB板环球国际客服表面处理工艺为化学沉锡,该PCB板为双面贴片,出现上锡不良的环球国际客服均位于第二贴片面,失效分析

 

2. 分析方法简述 

2.1 样品外观观察

    如图1所示,通过对失效环球国际客服进行显微放大观察,环球国际客服存在不上锡现象,环球国际客服表面未发现明显变色等异常情况。

 

失效分析

图1、失效环球国际客服图片

 

2.2 环球国际客服表面SEM+EDS分析

    如图2~4所示,对NG环球国际客服、过炉一次环球国际客服、未过炉环球国际客服分别进行表面SEM观察和EDS成分分析,未过炉环球国际客服表面沉锡层成型良好,过炉一次环球国际客服和失效环球国际客服表面沉锡层出现重结晶,表面均未发现异常元素;

 

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图2. NG环球国际客服的SEM照片及EDS能谱
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图3.过炉一次环球国际客服的SEM照片+EDS能谱图
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图4.未过炉环球国际客服的SEM照片+EDS能谱图

 

2.3 环球国际客服FIB制样剖面分析

    如图5~7所示,利用FIB技术对失效环球国际客服、过炉一次环球国际客服及未过炉环球国际客服制作剖面,对剖面表层进行成分线扫描,发现NG环球国际客服表层已经出现Cu元素,说明Cu已经扩散至锡层表面;过炉一次环球国际客服表层在0.3μm左右深度出现Cu元素,说明过炉一次环球国际客服后,纯锡层厚度约为0.3μm;未过炉环球国际客服的表层在0.8μm左右深度出现Cu元素,说明未过炉环球国际客服的纯锡层厚度约为0.8μm。鉴于EDS测试精度较低,误差相对较大,接下来采用AES对环球国际客服表面成分进行进一步分析。

 

失效分析 
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图5. NG环球国际客服剖面的SEM照片及EDS能谱
失效分析 
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图6.过炉一次环球国际客服剖面的SEM照片+EDS能谱图
失效分析
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图7.未过炉环球国际客服剖面的SEM照片+EDS能谱图

 

2.4 环球国际客服表面AES成分分析

    对NG环球国际客服和过炉一次环球国际客服的极表面成分进行分析, NG环球国际客服在0~200nm深度范围内,主要为Sn、O元素,200~350nm深度范围内,为铜锡合金,几乎不存在纯锡层;过炉一次环球国际客服在0~140nm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。

 

失效分析
图8.NG环球国际客服测试位置 图9.NG环球国际客服极表面的成分分析图谱
失效分析 失效分析
图10.NG环球国际客服表面(约50nm深度)的成分分析图谱 图11.环球国际客服表面(0~350nm深度)的成分分布曲线
失效分析 失效分析
图12.过炉一次环球国际客服表面成分分析位置示意图 图13.过炉一次环球国际客服表面的成分分析图谱
失效分析 失效分析
图14.过炉一次环球国际客服表面(约50nm深度)的成分分析图谱 图15.过炉一次环球国际客服表面(0~220nm)深度的成分分布曲线

 

3. 分析与讨论

 

    失效分析,由以上分析结果可以导致环球国际客服不上锡的原因总结如下:

    a). NG环球国际客服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). 环球国际客服经过过炉一次时,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环球国际客服在SMT贴装前已经过完一次炉,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0.2μm,环球国际客服将不能保证良好的可焊性,出现上锡不良失效。

 

4. 建议

 

    (1)采用氮气作为SMT保护气氛;

    (2)增加PCB板沉锡层厚度,保证在过炉一次后,锡层厚度仍能满足可焊性要求;

 

5. 参考标准

 

    (1)GJB 548B-2005 微电子器件试验方法和程序 方法 5003 微电路的失效分析程序

    (2)IPC-J-STD-003B-2007 印刷电路板可焊性测试方法

 

 

*** 报告结束 ***

 

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