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，失效分析。

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2~4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；

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

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5~7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0.3μm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0.3μm；未过炉焊盘的表层在0.8μm左右深度出现Cu元素，说明未过炉焊盘的纯锡层厚度约为0.8μm。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。

图5. NG焊盘剖面的SEM照片及EDS能谱

图6.过炉一次焊盘剖面的SEM照片+EDS能谱图

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0~200nm深度范围内，主要为Sn、O元素，200~350nm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0~140nm深度范围内主要为锡层，之后出现元素Cu（金属化合物），如图12~15所示。

3. 分析与讨论

    失效分析，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0.2μm，焊盘将不能保证良好的可焊性，出现上锡不良失效。

4. 建议

    （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

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