心態(tài)炸裂！插件焊接前發(fā)現(xiàn)PCB焊盤(pán)出現(xiàn)“發(fā)黑”異常

引言

某PCB貼片回流焊接兩天后插件焊接前發(fā)現(xiàn)PCB焊盤(pán)出現(xiàn)“發(fā)黑”異常。對(duì)PCB進(jìn)行測(cè)試分析，查找焊盤(pán)“發(fā)黑”的失效原因。

測(cè)試分析

1 失效確認(rèn)

對(duì)NG PCB進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)失效現(xiàn)象，并與未過(guò)爐光板進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)NG焊盤(pán)顏色明顯偏暗，即焊盤(pán)“發(fā)黑”，且表面較為粗糙，呈塊狀形貌；而未過(guò)爐PCB焊盤(pán)表面呈棕黃色，表面較為平整，無(wú)明顯異常特征。

2 焊盤(pán)表面分析

對(duì)NG焊盤(pán)和未過(guò)爐光板進(jìn)行表面分析，發(fā)現(xiàn)NG PCB表面存在兩種類(lèi)型形貌：①明顯的膜狀覆蓋物，Cl含量較高，約為11.4wt%；②呈腐蝕結(jié)晶形貌，Cl含量同樣較高，約為14.7wt%，如圖1，表1所示；而未過(guò)爐焊盤(pán)表面較為平整，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕形貌；焊盤(pán)表面主要成分為C、O、Cl、Cu，Cl含量為1.1wt.%~5.6wt.%，如圖2，表2所示。

圖1 NG焊盤(pán)表面SEM圖片及EDS譜圖

表1 NG焊盤(pán)表面EDS結(jié)果（Wt.%）

圖2 未過(guò)爐焊盤(pán)表面SEM圖片

表2 未過(guò)爐PCB焊盤(pán)表面EDS結(jié)果（Wt.%）

3 焊盤(pán)剖面分析

對(duì)NG PCB、未過(guò)爐光板焊盤(pán)進(jìn)行剖面分析。如圖3，表3所示，NG PCB A區(qū)焊盤(pán)表面OSP膜呈結(jié)晶狀，厚度為3.68~4.29μm；NG PCB B區(qū)焊盤(pán)OSP膜呈霧狀，厚度為1.44~2.58μm；各區(qū)域OSP膜主要成分都為C、O、Cl、Cu，且Cl、Cu含量較高，分別為6.8 wt.%~16.8wt.%、41.7wt.%~73.3wt.%。

圖3 NG PCB焊盤(pán)剖面SEM圖片

表3 NG PCB焊盤(pán)剖面EDS結(jié)果（Wt.%）

如圖4，表4所示，未過(guò)爐焊盤(pán)OSP膜襯度均勻，無(wú)明顯雜質(zhì)，厚度約為0.68~1.26μm。OSP膜主要成分為C、O、Cl、Cu，其中Cu含量為7.9wt.%，Cl含量為3.9 wt.%。

由以上測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，NG PCB OSP膜呈明顯的腐蝕形貌，主要與底銅腐蝕相關(guān)；OK PCB OSP膜與NG PCB存在巨大差異。兩者差異主要體現(xiàn)在底銅腐蝕。

圖4 未過(guò)爐PCB焊盤(pán)剖面SEM圖片

表4 未過(guò)爐PCB焊盤(pán)剖面EDS結(jié)果（Wt.%）

4 FT-IR分析

對(duì)失效PCB的焊盤(pán)表面進(jìn)行紅外分析，發(fā)現(xiàn)NG焊盤(pán)表面主成分為酰胺化合物，而OSP膜成膜物質(zhì)主要成分為含氯苯并咪唑衍生物。

圖5 FTIR紅外光譜譜圖

表5 FT-IR測(cè)試結(jié)果

5 TOF-SIMS極表面成分分析

利用TOF-SIMS對(duì)NG PCB、未過(guò)爐PCB焊盤(pán)表面進(jìn)行成分分析，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，NG焊盤(pán)極表面存在大量的Na、K異常元素，說(shuō)明NG焊盤(pán)表面存在污染。結(jié)合EDS測(cè)試結(jié)果分析，Na、K異常元素僅存在焊盤(pán)極表面，與底銅的腐蝕無(wú)直接相關(guān)性。

表6 TOF-SIMS測(cè)試結(jié)果

6 XPS深度成分分析

利用XPS對(duì)NG PCB焊盤(pán)表面縱向方向成分進(jìn)行分析（分別分析圖1中薄膜覆蓋區(qū)和明顯結(jié)晶區(qū)），并與未過(guò)爐PCB進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下：

①距離焊盤(pán)表面50nm深度時(shí)，NG PCB、未過(guò)爐PCB成分無(wú)本質(zhì)差異。NG PCB Cu、Cl元素含量相對(duì)較高，Cu、Cl元素主要以離子態(tài)存在；未過(guò)爐PCB Cl元素主要以共價(jià)鍵為主，這與表面腐蝕結(jié)晶形貌相一致。

②距離焊盤(pán)表面250nm深度，NG PCB不同區(qū)域變化略有不同，Cu、Cl元素仍然主要以離子態(tài)存在。

表7 XPS測(cè)試結(jié)果（At%）

結(jié)論

OSP焊盤(pán)組裝過(guò)程中焊盤(pán)“發(fā)黑”是由于底銅腐蝕結(jié)晶所致，主要與Cl元素含量較高、流轉(zhuǎn)存儲(chǔ)過(guò)程無(wú)管控兩方面直接相關(guān)。

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