摘 要PCBA上的沉錫焊盤(pán)在二次過(guò)爐過(guò)程中出現(xiàn)上錫不良現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)失效焊盤(pán)、過(guò)爐一次焊盤(pán)、未過(guò)爐板焊盤(pán)進(jìn)行表面觀察、FIB制樣剖面分析、AES表面成分分析等手段查找失效原因。結(jié)果表明：由于失效焊盤(pán)在第二次過(guò)爐前已經(jīng)被氧化，且焊盤(pán)表面沉錫層厚度急劇減薄，從而導(dǎo)致焊盤(pán)上錫不良。

【關(guān)鍵詞】沉錫 FIB剖面制樣 AES成分分析 上錫不良

1 案例背景

失效樣品為某型號(hào)雙面貼片PCBA板，該P(yáng)CB板經(jīng)過(guò)兩次SMT后，發(fā)現(xiàn)B面少量焊盤(pán)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(pán)表面處理工藝為化學(xué)沉錫，出現(xiàn)上錫不良的焊盤(pán)均位于第二貼片面。

2 分析方法簡(jiǎn)述

2.1 焊盤(pán)表面SEM分析

通過(guò)SEM分別對(duì)失效焊盤(pán)、過(guò)爐一次焊盤(pán)、未過(guò)爐焊盤(pán)進(jìn)行表面微觀形貌觀察，如圖1所示。結(jié)果表明，未過(guò)爐焊盤(pán)表面沉錫層成型良好，過(guò)爐一次焊盤(pán)和失效焊盤(pán)表面存在微小的凸起顆粒，表明沉錫層在過(guò)爐后表面生成晶須。

2.2 焊盤(pán)FIB制樣剖面分析

通過(guò)FIB對(duì)失效焊盤(pán)、過(guò)爐一次焊盤(pán)及未過(guò)爐焊盤(pán)進(jìn)行來(lái)制作剖面，再通過(guò)EDS對(duì)剖面表層進(jìn)行成分線掃描，具體結(jié)果見(jiàn)圖2～3。結(jié)果表明：失效焊盤(pán)在表層已經(jīng)出現(xiàn)Cu元素，說(shuō)明純錫層中Sn已經(jīng)基本完全與Cu形成合金；過(guò)爐一次焊盤(pán)的表層在0.3μm左右深度出現(xiàn)Cu元素，說(shuō)明過(guò)爐一次焊盤(pán)后，純錫層厚度約為0.3μm；未過(guò)爐焊盤(pán)的表層在0.8μm左右深度出現(xiàn)Cu元素，說(shuō)明未過(guò)爐焊盤(pán)的純錫層厚度約為0.8μm。

由此可見(jiàn)隨著過(guò)爐次數(shù)的增加，焊盤(pán)表面錫層厚度大幅下降，過(guò)爐一次后錫層厚度幾乎不能滿足再次焊接的要求。由于EDS分析精度的緣故，需采用AES對(duì)其表面進(jìn)行高精度分析。

2.3 焊盤(pán)表面AES成分分析

由于EDS的檢測(cè)深度超過(guò)沉錫層厚度，現(xiàn)采用AES（俄歇電子能譜，分析深度約為5nm）對(duì)失效焊盤(pán)和過(guò)爐一次焊盤(pán)的表面進(jìn)行深度成分分析。

圖4為過(guò)爐一次焊盤(pán)在0～220nm深度范圍的成分分布曲線圖，由圖可知，過(guò)爐一次焊盤(pán)表面在0～187nm范圍內(nèi)主要為C、Sn；在180nm左右出現(xiàn)Cu元素，說(shuō)明在該深度已經(jīng)出現(xiàn)銅錫化合物。由此可見(jiàn)，過(guò)一次爐焊盤(pán)表面錫層并未發(fā)生嚴(yán)重氧化，但金屬件化合物已經(jīng)長(zhǎng)大，焊盤(pán)表面剩余錫層厚度極薄。

3 分析與討論

沉錫板焊盤(pán)的結(jié)構(gòu)主要分為銅層、銅錫合金層、純錫層及表層的氧化錫層，其中純錫層可保證焊盤(pán)表面具有良好的潤(rùn)濕性，在回流焊過(guò)程中，表層的氧化錫層會(huì)被錫膏中助焊劑的活性物質(zhì)去除，錫膏與純錫層熔融，使焊盤(pán)上錫良好，一般而言，焊盤(pán)表層至少要存在0.2μm的純錫層，才能保證焊盤(pán)良好的可焊性。失效現(xiàn)象均出現(xiàn)在第二貼片面，說(shuō)明NG樣品在第一次過(guò)爐過(guò)程中，由于高溫加速銅與錫之間的擴(kuò)散，使銅錫合金層變厚，同時(shí)純錫層氧化加劇，導(dǎo)致純錫層被嚴(yán)重消耗；在第二次過(guò)爐焊接時(shí)，助焊劑的活性不足，表層氧化物未被完全去除（由AES成分分析可知），純錫層厚度不足，焊盤(pán)潤(rùn)濕性差，導(dǎo)致焊盤(pán)不上錫。

4 結(jié)論

NG樣品均出現(xiàn)在第二貼片面，說(shuō)明焊盤(pán)在第一次過(guò)爐過(guò)程中，由于高溫作用加速銅與錫之間的擴(kuò)散，使銅錫合金層變厚，同時(shí)加劇純錫層被氧化，導(dǎo)致純錫層變?。辉诘诙芜^(guò)爐焊接時(shí)，助焊劑的活性不夠強(qiáng)，表層氧化錫未被完全去除，且純錫層厚度不足，導(dǎo)致焊盤(pán)潤(rùn)濕性差，出現(xiàn)不上錫失效。

5 建議

（1）使用活性更強(qiáng)的助焊劑，增強(qiáng)錫膏去氧化層能力；

（2）增加PCB板沉錫層厚度，保證在過(guò)爐一次后，錫層厚度仍能滿足可焊性要求；

（3）增加氮?dú)獗Ｗo(hù)，降低焊盤(pán)表層氧化。

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作者簡(jiǎn)介

呂俊杰（1969-），男，湖北省應(yīng)城市人。研究生學(xué)歷。職稱：副教授。工作于武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信學(xué)院。主要研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)。

作者單位

武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信學(xué)院 湖北省武漢市 430074