沉锡焊盘上锡不良失效分析

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1、沉锡焊盘上锡不良失效分析1.案例背景送检样品为某PCBA板，该PCB板经过SMT后，发现少量焊盘出现上锡不良现象，样品的失效率大概在千分之三左右。该PCB板焊盘表面处理工艺为化学沉锡，该PCB板为双面贴片，出现上锡不良的焊盘均位于第二贴片面。2.分析方法简述2.1样品外观观察如图1所示，通过对失效焊盘进行显微放大观察，焊盘存在不上锡现象，焊盘表面未发现明显变色等异常情况。上锡不良图1、失效焊盘图片2.2焊盘表面SEM+EDS分析如图2~4所示，对NG焊盘、过炉一次焊盘、未过炉焊盘分别进行表面SEM观察和EDS成分分析，未过炉焊盘表面沉锡层成型良好，过炉一次焊盘和失

2、效焊盘表面沉锡层出现重结晶，表面均未发现异常元素；12图2.NG焊盘的SEM照片及EDS能谱12图3.过炉一次焊盘的SEM照片+EDS能谱图12图4.未过炉焊盘的SEM照片+EDS能谱图2.3焊盘FIB制样剖面分析如图5~7所示，利用FIB技术对失效焊盘、过炉一次焊盘及未过炉焊盘制作剖面，对剖面表层进行成分线扫描，发现NG焊盘表层已经出现Cu元素，说明Cu已经扩散至锡层表面；过炉一次焊盘表层在0.3μm左右深度出现Cu元素，说明过炉一次焊盘后，纯锡层厚度约为0.3μm；未过炉焊盘的表层在0.8μm左右深度出现Cu元素，说明未过炉焊盘的纯锡层厚度约为0.8μm。鉴于

3、EDS测试精度较低，误差相对较大，接下来采用AES对焊盘表面成分进行进一步分析。线扫描Cu层图5.NG焊盘剖面的SEM照片及EDS能谱Cu层纯锡层线扫描图6.过炉一次焊盘剖面的SEM照片+EDS能谱图Cu层纯锡层线扫描图7.未过炉焊盘剖面的SEM照片+EDS能谱图2.4焊盘表面AES成分分析对NG焊盘和过炉一次焊盘的极表面成分进行分析，NG焊盘在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；过炉一次焊盘在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。测试位置图8.

4、NG焊盘测试位置图9.NG焊盘极表面的成分分析图谱图10.NG焊盘表面（约50nm深度）的成分分析图谱图11.焊盘表面（0~350nm深度）的成分分布曲线测试位置图12.过炉一次焊盘表面成分分析位置示意图图13.过炉一次焊盘表面的成分分析图谱图14.过炉一次焊盘表面（约50nm深度）的成分分析图谱图15.过炉一次焊盘表面（0~220nm）深度的成分分布曲线3.分析与讨论由以上分析结果可以导致焊盘不上锡的原因总结如下：a).NG焊盘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).焊盘经过过炉一次时，高温会促使锡与铜相

5、互扩散，形成合金层，导致纯锡层变薄；c).NG焊盘在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，焊盘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）GJB548B-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