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沉錫焊盤上錫不良失效分析

發(fā)布時(shí)間:2015/12/21 點(diǎn)擊次數(shù):6000次

1. 案例背景

送檢樣品為某PCBA板,該P(yáng)CB板經(jīng)過SMT后,發(fā)現(xiàn)少量焊盤出現(xiàn)上錫不良現(xiàn)象,樣品的失效率大概在千分之三左右。該P(yáng)CB板焊盤表面處理工藝為化學(xué)沉錫,該P(yáng)CB板為雙面貼片,出現(xiàn)上錫不良的焊盤均位于第二貼片面。

 

2. 分析方法簡(jiǎn)述
2.1 樣品外觀觀察

如圖1所示,通過對(duì)失效焊盤進(jìn)行顯微放大觀察,焊盤存在不上錫現(xiàn)象,焊盤表面未發(fā)現(xiàn)明顯變色等異常情況。

 

 

2.2 焊盤表面SEM+EDS分析
如圖2~4所示,對(duì)NG焊盤、過爐一次焊盤、未過爐焊盤分別進(jìn)行表面SEM觀察和EDS成分分析,未過爐焊盤表面沉錫層成型良好,過爐一次焊盤和失效焊盤表面沉錫層出現(xiàn)重結(jié)晶,表面均未發(fā)現(xiàn)異常元素;

 

 

2.3 焊盤FIB制樣剖面分析
如圖5~7所示,利用FIB技術(shù)對(duì)失效焊盤、過爐一次焊盤及未過爐焊盤制作剖面,對(duì)剖面表層進(jìn)行成分線掃描,發(fā)現(xiàn)NG焊盤表層已經(jīng)出現(xiàn)Cu元素,說明Cu已經(jīng)擴(kuò)散至錫層表面;過爐一次焊盤表層在0.3μm左右深度出現(xiàn)Cu元素,說明過爐一次焊盤后,純錫層厚度約為0.3μm;未過爐焊盤的表層在0.8μm左右深度出現(xiàn)Cu元素,說明未過爐焊盤的純錫層厚度約為0.8μm。鑒于EDS測(cè)試精度較低,誤差相對(duì)較大,接下來采用AES對(duì)焊盤表面成分進(jìn)行進(jìn)一步分析。

 

 

2.4 焊盤表面AES成分分析
對(duì)NG焊盤和過爐一次焊盤的極表面成分進(jìn)行分析, NG焊盤在0~200nm深度范圍內(nèi),主要為Sn、O元素,200~350nm深度范圍內(nèi),為銅錫合金,幾乎不存在純錫層;過爐一次焊盤在0~140nm深度范圍內(nèi)主要為錫層,之后出現(xiàn)元素Cu(金屬化合物),如圖12~15所示。

 

 

3. 分析與討論
由以上分析結(jié)果可以導(dǎo)致焊盤不上錫的原因總結(jié)如下:
a). NG焊盤表面純錫層已經(jīng)完全消耗殆盡(表層氧化,內(nèi)部則轉(zhuǎn)化為金屬間化合物),不能滿足良好的可焊性要求;
b). 焊盤經(jīng)過過爐一次時(shí),高溫會(huì)促使錫與銅相互擴(kuò)散,形成合金層,導(dǎo)致純錫層變薄;
c). NG焊盤在SMT貼裝前已經(jīng)過完一次爐,在過爐過程中,表層錫會(huì)被氧化,同時(shí)高溫加劇錫與銅相互擴(kuò)散,形成銅錫合金,使銅錫合金層變厚,錫層變薄。當(dāng)錫層厚度小于0.2μm,焊盤將不能保證良好的可焊性,出現(xiàn)上錫不良失效。


4. 建議
(1)采用氮?dú)庾鳛镾MT保護(hù)氣氛;
(2)增加PCB板沉錫層厚度,保證在過爐一次后,錫層厚度仍能滿足可焊性要求;


5. 參考標(biāo)準(zhǔn)
(1)GJB 548B-2005 微電子器件試驗(yàn)方法和程序 方法 5003 微電路的失效分析程序
(2)IPC-J-STD-003B-2007 印刷電路板可焊性測(cè)試方法