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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。图 1、失效焊盘图片2.2 焊盘表面 SEM+EDS 分析如图 24 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
2、一次焊盘和失效焊盘表面沉锡层出现重结晶，表面均未发现异常元素；上锡不良图 2. NG 焊盘的 SEM 照片及 EDS 能谱图 3.过炉一次焊盘的 SEM 照片+EDS 能谱图211 2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 57 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 0.3m 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0.3m；未过炉焊盘的表层在 0.8m 左右深度出现 Cu
3、元素，说明未过炉焊盘的纯锡层厚度约为 0.8m。鉴于 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。1 2图 5. NG 焊盘剖面的 SEM 照片及 EDS 能谱线扫描线扫描Cu 层纯锡层Cu 层图 6.过炉一次焊盘剖面的 SEM 照片+EDS 能谱图线扫描纯锡层Cu 层图 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 0200nm 深度范围内，主要为 Sn、O 元素，200350nm 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 0140
4、nm 深度范围内主要为锡层，之后出现元素 Cu（金属化合物） ，如图 1215 所示。50 100 150 200-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.500.511.5x 104 071012.speKinetic Energy (eV)c/sCO SnAtomic %C1 83.5O1 10.4Sn1 6.0图 8.NG 焊盘测试位置 图 9.NG 焊盘极表面的成分分析图谱50 100 150 200-2.5-2-1.5-1-0.500.511.52x 104 0710126.speKinetic Energy (eV)c/sSnOsputer 3.0 minAtomic %O1 68
5、.5Sn1 31.5图 10.NG 焊盘表面（约 50nm 深度）的成分分析图谱 图 11.焊盘表面（0350nm 深度）的成分分布曲线测试位置 50 100 150 200-2.5-2-1.5-1-0.500.511.5x 104 071013.speKinetic Energy (eV)c/sC O SnAtomic %C1 62.7O1 23.0Sn1 14.3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50 100 150 200-5-4-3-2-1012x 104 0710136.speKinetic Energy (eV)c/s CSnAt
6、omic %C1 65.5Sn1 34.5sputer 3.0 min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（0220nm ）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0.2m，焊盘将不能保证良好的可焊性，出现上锡不良失效。4. 建议测试位置（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
