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1、沉锡电路板上锡不良的原因摘 要 PCBA 上的沉锡焊盘在二次过炉过程中出现上锡不良现象，通过对失效焊盘、过炉一次焊盘、未过炉板焊盘进行表面观察、FIB 制样剖面分析、AES 表面成分分析等手段查找失效原因。结果表明：由于失效焊盘在第二次过炉前已经被氧化，且焊盘表面沉锡层厚度急剧减薄，从而导致焊盘上锡不良。 【关键词】沉锡 FIB 剖面制样 AES 成分分析 上锡不良 1 案例背景 失效样品为某型号双面贴片 PCBA 板，该 PCB 板经过两次 SMT 后，发现 B 面少量焊盘出现上锡不良现象，?悠返氖?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，出现上锡不良的焊盘均位于第
2、二贴片面。 2 分析方法简述 2.1 焊盘表面 SEM 分析 通过 SEM 分别对失效焊盘、过炉一次焊盘、未过炉焊盘进行表面微观形貌观察，如图 1 所示。结果表明，未过炉焊盘表面沉锡层成型良好，过炉一次焊盘和失效焊盘表面存在微小的凸起颗粒，表明沉锡层在过炉后表面生成晶须。 2.2 焊盘 FIB 制样剖面分析 通过 FIB 对失效焊盘、过炉一次焊盘及未过炉焊盘进行来制作剖面，再通过 EDS 对剖面表层进行成分线扫描，具体结果见图23。结果表明：失效焊盘在表层已经出现 Cu 元素，说明纯锡层中Sn 已经基本完全与 Cu 形成合金；过炉一次焊盘的表层在 0.3m 左右深度出现 Cu 元素，说明过炉一
3、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 元素，说明未过炉焊盘的纯锡层厚度约为 0.8m。 由此可见随着过炉次数的增加，焊盘表面锡层厚度大幅下降，过炉一次后锡层厚度几乎不能满足再次焊接的要求。由于 EDS 分析精度的缘故，需采用 AES 对其表面进行高精度分析。 2.3 焊盘表面 AES 成分分析 由于 EDS 的检测深度超过沉锡层厚度，现采用 AES（俄歇电子能谱，分析深度约为 5nm）对失效焊盘和过炉一次焊盘的表面进行深度成分分析。 图 4 为过炉一次焊盘在 0220nm 深度范围的成分分布曲线图，由图可知，过炉一次焊盘表面在 0187nm 范围内
4、主要为 C、Sn；在180nm 左右出现 Cu 元素，说明在该深度已经出现铜锡化合物。由此可见，过一次炉焊盘表面锡层并未发生严重氧化，但金属件化合物已经长大，焊盘表面剩余锡层厚度极薄。 3 分析与讨论 沉锡板焊盘的结构主要分为铜层、铜锡合金层、纯锡层及表层的氧化锡层，其中纯锡层可保证焊盘表面具有良好的润湿性，在回流焊过程中，表层的氧化锡层会被锡膏中助焊剂的活性物质去除，锡膏与纯锡层熔融，使焊盘上锡良好，一般而言，焊盘表层至少要存在 0.2m 的纯锡层，才能保证焊盘良好的可焊性。失效现象均出现在第二贴片面，说明 NG 样品在第一次过炉过程中，由于高温加速铜与锡之间的扩散，使铜锡合金层变厚，同时纯
5、锡层氧化加剧，导致纯锡层被严重消耗；在第二次过炉焊接时，助焊剂的活性不足，表层氧化物未被完全去除（由 AES 成分分析可知） ，纯锡层厚度不足，焊盘润湿性差，导致焊盘不上锡。 4 结论 NG 样品均出现在第二贴片面，说明焊盘在第一次过炉过程中，由于高温作用加速铜与锡之间的扩散，使铜锡合金层变厚，同时加剧纯锡层被氧化，导致纯锡层变薄；在第二次过炉焊接时，助焊剂的活性不够强，表层氧化锡未被完全去除，且纯锡层厚度不足，导致焊盘润湿性差，出现不上锡失效。 5 建议 （1）使用活性更强的助焊剂，增强锡膏去氧化层能力； （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； （3）增加氮气保护，降低焊盘表层氧化。 参考文献 1苏章泗.化学沉锡工艺初探J.印刷电路信息，2001（05）. 2李伏，李斌.你了解沉锡吗J.印刷电路信息，2012（09）. 3李伏，李斌，辜小谨.沉锡 PCB 焊接失效分析方法J.印刷电路信息，2014（03）. 作者简介 吕俊杰（1969-） ，男，湖北省应城市人。研究生学历。职称：副教授。工作于武汉职业技术学院电信学院。主要研究方向为电子技术。 作者单位 武汉职业技术学院电信学院 湖北省武汉市 430074
