阻焊余胶导致可焊性不良的失效分析案例

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PCB板常见的失效模式有不润湿模式和退润湿模式，IPC J－STD－003C标准中对可焊性的定义为金属被熔融焊料润湿的能力，同时对不润湿模式和退润湿模式进行了定义。

不润湿是指熔融的焊料未能与金属基材形成金属键合。

退润湿是指熔融焊料涂覆在金属表面上然后焊料回缩，导致形成由焊料薄膜覆盖且未暴露金属基材的区域分隔开的不规则焊料堆的一种状况。

现以一块可焊性不良PCB为例，分享一例阻焊上盘导致可焊性不良的失效分析案例。

1 不良板信息描述

1PCS表面处理为沉金的PCB在焊接时出现可焊性不良，现对其可焊性不良原因进行分析，不良PCBA外观如图1所示：

图1 分析样品的图片

采用X－Ray测厚仪，对PCBA未焊接焊盘进行测试，实测镍厚、金厚结果如表1所示：

如表1所示，PCB未焊接焊盘实测平均金厚0．056um，满足工艺要求金厚≥0．05um，平均镍厚3．922um，满足工艺要求镍厚3～8um。

2 失效点位置确认

通过立体显微镜观察可焊性不良焊盘表观形貌，如下图2所示：

图2 分析样品的外观图片

由上图中“观察图片－2”可知，上锡不良焊盘表面分布有大量绿色污染物。在“观察图片－1”中，也发现上锡不良焊盘金面异常，焊盘表面存在污染物，从上锡情况可知，失效模式为不润湿，即锡膏不润湿焊盘。

3 原因分析

由前面分析可知，PCB上锡不良焊盘表面有污染物。采用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对上锡不良焊盘表面和正常阻焊表面进行微观形貌观察和元素分析，结果如图3所示：

图3上锡不良焊盘污染物表面和正常阻焊表面微观形貌观察和元素分析

通过微观形貌观察发现，焊盘表面污染物与正常阻焊表面形貌一致，元素分析也表明，上锡不良焊盘表面污染物与正常阻焊表面元素种类相同，均含有Si、S、Ba等特征元素，从而说明污染物为阻焊余胶。

4 根因验证

从上述分析可知，造成该板可焊性不良的原因为金面残留有阻焊余胶。为了进一步验证导致不良板可焊性不良的根本原因，使用氢氧化钠溶液，在80℃水浴锅中恒温浸泡30min，去除阻焊余胶后，分析焊盘形貌元素，如图4所示。

图4退阻焊后焊盘表面微观形貌观察和元素分析

由图4中形貌元素分析可知，退阻焊后的焊盘表面为铜面，没有Ni（镍）和Au（金）元素。

根据IPC J－STD－003C标准中4．2．1边缘浸锡测试方法，对退阻焊后的上锡不良焊盘进行边缘浸锡测试，结果如图5所示。

浸锡试验条件：焊料：Sn96．5Ag3．0Cu0．5；焊接温度：255℃；焊接时间：10±0．5s；助焊剂：2＃标准助焊剂（松香：25％，异丙醇：74．61％，二乙胺盐酸盐：0．39％）

图 5 可焊性验证

如图5所示，去除不良焊盘表面的阻焊余胶后，进行边缘浸锡测试，焊盘上锡饱满，可焊性良好，进一步说明焊盘表面的阻焊余胶是导致可焊性不良的根本原因。

5 综合分析

（1） PCB焊盘实测平均金厚0．056μm，平均镍厚3．922μm，均满足工艺要求；

（2）上锡不良焊盘金面有绿色污染物，且污染物与正常阻焊表面形貌相同，与正常阻焊表    面元素种类相同，均含有Si、S、Ba等特征元素，说明污染物可能为阻焊余胶；

（3）经氢氧化钠溶液退阻焊处理后，焊盘表面阻焊余胶被去除干净，露出铜面，对退阻焊    后的不良焊盘进行“可焊性”验证实验，焊盘上锡良好，进一步说明焊盘表面的污染物    为阻焊余胶；

（4）PCB板在焊接过程中，焊盘表面有两个重要的界面反应：保护性镀层的溶出和焊接基    底的界面扩散，阻焊余胶存在于PCB焊盘表面，会阻挡焊料与金属基底间的接触和相    互扩散，致使无法形成IMC，导致可焊性不良。

6 分析结论

PCB焊盘表面存在阻焊余胶，是导致可焊性不良的根本原因。

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Ｄ.H

PCB焊盘表面存在阻焊余胶