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PCB表面處理工藝的多元化，滿足了日益復(fù)雜的PCB組裝焊接要求的同時(shí)，也出現(xiàn)了很多兼容性問題， 其中，PCB焊盤上錫不良就是常見的問題之一。
某PCB在組裝生產(chǎn)過程中焊盤出現(xiàn)明顯的上錫不良現(xiàn)象，本文將通過形貌觀察、表面分析、切片分析、驗(yàn)證分析等一系列專業(yè)的檢測(cè)分析，分析PCB上錫不良的失效原因與失效機(jī)理，并提出改善建議。
1.外觀檢查
對(duì)焊盤上錫不良位置進(jìn)行外觀檢查發(fā)現(xiàn)，NG PCBA多處焊盤位置明顯發(fā)現(xiàn)上錫不良現(xiàn)象，表現(xiàn)為焊盤潤(rùn)濕不良、焊盤露金異常。
圖1.上錫不良焊點(diǎn)外觀檢查照片
2.表面分析
上錫不良焊盤表面形貌未見明顯污染和鎳腐蝕異常；EDS結(jié)果顯示，上錫不良位置未發(fā)現(xiàn)異常元素存在；上錫不良位置發(fā)現(xiàn)較多Au元素存在，即焊盤Au層未溶入焊錫。
圖2.上錫不良焊盤清洗后SEM圖片及EDS能譜圖
3.剖面分析
上錫不良位置表面平整，未發(fā)現(xiàn)明顯焊錫殘留，與表面觀察結(jié)果一致。鍍層放大后，未發(fā)現(xiàn)明顯鎳腐蝕現(xiàn)象，排除鎳層腐蝕對(duì)焊盤上錫不良的影響；其他正常焊盤焊接未見異常。
圖3.NG PCBA焊點(diǎn)切片后截面形貌觀察形貌及EDS能譜圖
4.PCB光板分析
PCB焊盤表面形貌未見明顯污染與鎳腐蝕現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)異常元素存在。
圖4.PCB光板焊盤表面形貌及EDS譜圖
剖面分析：PCB焊盤切片后，鍍層未見鎳腐蝕異常；EDS結(jié)果顯示，Ni層P含量屬正常范圍。
圖5.PCB光板焊盤剖面形貌及EDS譜圖
5.AES分析
為了確認(rèn)上錫不良焊盤及PCB焊盤極表面成分狀況，現(xiàn)通過AES對(duì)上錫不良焊盤、PCB光板焊盤進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
金層表面已經(jīng)存在較高含量的鎳，高鎳的存在影響了金層化學(xué)特性。
金/鎳互溶的直接影響有兩點(diǎn)：
①元素金的化學(xué)特性消失，改變了鍍層表面能，降低其潤(rùn)濕力；
②鎳原子向金層中擴(kuò)散導(dǎo)致鎳原子與氧氣接觸的概率增大，氧化鎳本身可焊性差，進(jìn)一步惡化鍍層可焊性。
PCB光板：PCB焊盤表面檢測(cè)到Ni元素；測(cè)試結(jié)果顯示，純金層厚度偏薄。（備注：C的峰極其微小，但是C的靈敏度很高，極其微小的C，峰也能出來。）
圖6.AES測(cè)試位置
表1.PCBA不良焊盤表面清洗后AES測(cè)試結(jié)果（At.%）
（備注：濺射深度參照硅片濺射速度進(jìn)行計(jì)算得出，故數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)際深度有偏差。）
表2.PCB光板焊盤表面AES測(cè)試結(jié)果（At.%）
（備注：濺射深度參照硅片濺射速度進(jìn)行計(jì)算得出，故數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)際深度有偏差。）
6.不良焊盤上錫性驗(yàn)證
不良焊盤經(jīng)過酒精清洗并浸錫后，焊盤仍存在上錫不良現(xiàn)象，這側(cè)面證實(shí)了AES分析結(jié)果的正確性，即焊盤金層的金鎳互溶嚴(yán)重影響可焊性，這種不良無(wú)法通過清洗或者改變焊接條件來得到優(yōu)化。
圖7.上錫不良位置浸錫前后照片對(duì)比
7.PCB上錫性驗(yàn)證
PCB光板浸錫后，發(fā)現(xiàn)部分焊盤上錫不良現(xiàn)象，同樣表現(xiàn)為金層未溶入焊錫，與PCBA失效現(xiàn)象一致。
圖8.PCB光板焊盤浸錫后照片
8.總結(jié)與建議
結(jié)論：ENIG 焊盤上錫不良的原因?yàn)镻CB焊盤金層內(nèi)含有較高含量的鎳，金鎳互溶導(dǎo)致焊盤表面潤(rùn)濕能力降低。
建議：
1.優(yōu)化PCB物料來料質(zhì)量管控，增加可焊性測(cè)試；
2.監(jiān)控鍍金槽內(nèi)的鎳離子含量，防止鎳含量超標(biāo)；
3.適當(dāng)增加金層有效厚度，具體參見IPC標(biāo)準(zhǔn)。
美信檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室
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