PCB板焊錫不良的微觀與表面元素分析:SEM&EDS檢測方法 - ibpcb

 常見問題     |      2021-12-20 16:58:47    |      愛彼電路

越來越多的PCB板選擇化學鎳金作為最終的表面處理,這是一個成熟的工藝。很多眾所周知的,幾乎所有的表面處理都會遇到可焊性問題;因此,化學鎳金也不例外,業界公布的化學鎳金可焊性的原因有很多,比如鎳腐蝕、金表面污染等,但對于具體的焊錫缺陷,我們應該做一個具體的具體問題具體分析。過去用于分析焊錫不良的儀器基本上都是金相顯微鏡。而且,它只是根據過去的經驗做出判斷,無法科學解釋。現在,在SEM&EDS的幫助下,我們對焊接不良的PCB線路板進行微觀和表面元素分析。 , 可為分析焊錫不良的原因提供可靠的數據支持。 SEM和EDS必將發展成為最常用的分析方法。

1. 對焊接缺陷(掉元件/收縮錫)進行SEM&EDS檢查
目的是對問題點的位置進行表面分析,檢測鍍層表面是否有異常,是否有金表面污染,如下圖1所示(對應特定元素污染項目)。從SEM&ED分析結果來看,斷口上存在C和O,Ni,P,Au元素,不難看出鍍錫后板面檢測到Au元素。一般情況下,鍍錫后金會熔化。該樣品在板面仍有殘留Au的現象,屬于異常狀態。

對PCB板焊錫不良做微觀與表面元素分析(圖1)


2. 對問題產品未鍍錫或未安裝元器件的位置進行SEM&EDS檢測
其目的是確認金表面是否有異常元素,是否有表面污染,需要對脫金后的鎳表面進一步進行SEM&EDS檢查,以確定脫金后鎳表面的表面結晶情況以及是否存在鎳層磷含量正常。下圖是異常鎳表面的SEM圖像。可以看出,我們可以在表面形成一層“海綿狀”的松散結晶層。同時,我們也對比了普通金面和鎳面的SEM圖像,正常的金表面和鎳表面沒有明顯的晶界裂紋,沉積的粒度分布均勻。但是當銅面或鎳面出現異常現象時,我們可以看到脫金后的鎳面出現裂紋和空洞,可能是鎳面有裂紋現象造成的通過銅表面的粗糙度。銅表面的粗糙度會導致不同尺寸的鎳沉積顆粒。當鎳表面排列成大顆粒和小顆粒相互靠近時,晶界比較大,金熔化時容易受到金水的侵蝕。

                                不正常處理鎳面SEM圖

   左圖為正常金面SEM圖,右圖為正常鎳面SEM圖

左圖為鎳面有裂紋,右圖為鎳面有腐蝕空洞


3.金表面和鎳表面的SEM分析將在金表面上進行。下面將分析金面EDS檢測到異常元素的問題: 從測試結果可以看出,被測元素為:C、O、P、Ni、Cu、Au,與正常相比分析結果,檢測結果中的C、O、Cu三種元素為異常元素。一般20%以內的C元素含量是由于外部環境污染(在取樣或檢測過程中)造成的,20%以上是有機污染造成的; O元素表示有污染或氧化,Cu元素表示金表面在清洗或保存過程中被Cu污染。這種現象很容易造成金面變紅,嚴重的。影響可焊性;

異常金面EDS結果


4、下圖列出了最有可能污染金表面的元素:
表1列出了印制板工廠生產中使用的一些可能污染鎳和金表面的材料。對于以后的EDS測試結果,大家可以做個參考。

不同材料EDS分析元素


5. 焊接不良位置切片后的SEM&EDS分析檢測
目的是檢查是否有鎳腐蝕,焊接部位IMC(Inter金屬化合物)層的情況,富磷層的情況。我們知道,均勻連續的IMC層IMC層焊點牢固,松散的IMC層焊接存在焊接不良的隱患;正常的IMC層性能為:在連續均勻的情況下,IMC層為i處理地保持在1-3um;而富磷層控制得越薄越好。 IMC層不良,富磷層過厚,主要是化學鎳金本身的鎳層問題,或焊接過程中焊接參數控制不當造成的。

左圖為正常的IMC層  右圖為疏松的IMC層


6、焊接不良的無錫或上部金面的產品,切片后也進行EDS檢查。主要檢查鎳層是否有鎳腐蝕。檢查鎳層的狀況。有沒有鎳腐蝕的問題。根據標準,正常的鎳腐蝕是鎳腐蝕的深度不超過整個鎳厚度的1/5,并且在一個可觀察的界面中少于三個位置有腐蝕點。圖 7 列出了嚴重鎳腐蝕的圖片,圖 8 列出了正常圖片。從這兩組圖可以很明顯的看出區別,這里不再贅述。

嚴重鎳腐蝕切片

正常的鎳腐蝕

針對焊錫不良的問題,需要進行兩次測試才能找到原因:一是取問題板進行測試,對問題點進行表面SEM分析,觀察表面結構和截面,觀察其狀況焊接后的IMC層;首先是對問題位置進行EDS元素分析;二是取同一批未焊接的金板進行分析。這是為了對問題板測試的結果進行必要的數據收集。測試包括表面SEM&EDS分析。通過前面兩組數據的對比分析,可以得出一個結果,可以起到輔助查找焊錫不良原因的作用。愛彼電路是專業高精密PCB電路板研發生產廠家,可批量生產4-46層電路板,線路板,IC封裝基板,高頻線路板,高速電路板,混壓電路板,HDI線路板等,定位高精密!高難度!高標準!