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【pcb失效分析】导致pcb板固定孔环产生绿色异物的原因是什么?
引言
某pcba经组装完成和清洗工序 coating工序后,板子的测试孔环表面出现异物,且失效位置固定。
该pcb板焊盘为enig工艺,产品基本生产流程为:贴装→回流焊→插件→喷涂助焊剂→波峰焊→ict测试→fct1测试→清洗→coating→fct2测试。现对ng1(coating工序后)、ng2(清洗后)、ng3(组装后未清洗)进行失效分析,查找产生异物原因。
测试分析
1 外观检查
根据不良位置固定特点,主要针对上述失效品的异常通孔1、通孔2及背面pad1位置进行外观检查。
(1)ng1(coating工序后),在固定位置(通孔1、通孔2及背面pad1)周围,发现孔环、焊盘有绿色异物出现,放大后疑似孔环腐蚀、破损现象,如图1-1所示;
(2)ng2(清洗后),在固定位置(通孔1、通孔2及背面pad1)发现绿色异物出现,相较于coating工序后失效样品,绿色异物多分布在孔环、焊盘边缘位置,如图1-2所示;
(3)ng3(组装后未清洗),在相同位置未发现绿色异物出现,如图1-3所示。
由上可知,失效位置固定,主要在通孔1和通孔2及背面pad1附近,表现为绿色异物不良,后续通过ftir、eds等对绿色异物进行分析。
2 ftir分析
为确认绿色异物是否含有有机成分,利用ftir对绿色异物及周围物质进行分析;
(1)ng1(coating工序后)上的绿色异物发现丙烯酸树脂存在,与三防漆中丙烯酸树脂相同;
(2)ng2(清洗后)上发现的绿色异物,发现有丙烯酸树脂存在;
(3)ng3(组装后未清洗)孔环边缘白色物质含有己二酸,己二酸为助焊剂常用成分,可以推测该白色物质为助焊剂残留物。
表1 ftir测试结果
3 sem eds成分分析
为确认绿色异物所含元素成分,利用eds对异物进行分析,结果如下:
(1)ng1(coating工序后)绿色异物位置发现大量c、o、ni、cu元素及少量p、au元素,孔环镀层被腐蚀,绿色异物为腐蚀的产物;
(2)ng 2(清洗后)绿色异物位置发现大量c、o、ni元素及少量cu、p、au元素,孔环镀层被腐蚀,绿色异物为腐蚀的产物。
由eds结果可知,绿色异物主要为孔环镀层被腐蚀后的产物。
图2-1 ng1(coating工序后)失效位置孔环表面sem图片
表2 ng1(coating工序后)后失效位置孔环表面eds结果
图2-2 ng2(清洗后)失效位置孔环表面sem图片
表3 ng2(清洗后)失效位置孔环表面eds结果
4 切片分析
为了进一步确认失效原因,将失效位置通孔进行切片分析,结果如下:
(1)ng1(coating工序后):如图3-1所示,通孔1位置(失效位置1)bottom侧孔环表面、边缘及拐角处多处发现镍层破损后,下面铜层被腐蚀的现象。
(2)ng2(清洗后):如图3-2所示,通孔1及通孔2位置,发现孔环边缘位置铜被腐蚀的痕迹,通孔1位置拐角处发现有镍破损现象,表现为镍层裂纹缺陷。
(3)ng3(组装后未清洗):如图3-3所示,通孔1及通孔2位置没有发现镍层破损及铜腐蚀现象。
由切片结果可知,绿色异物应为镀层腐蚀的产物。镀层被腐蚀的直接原因为镍层破损(镍层裂纹)后外界物质腐蚀铜层造成。下面通过铜镜试验验证化学试剂的铜膜腐蚀能力。
图3-1 ng1(coating工序后)后失效位置切片截面图
图3-2 ng2(清洗后)失效位置切片截面图
图3-3 ng3(组装后未清洗)切片截面图
5 腐蚀验证分析
为了找出具有铜腐蚀能力的试剂,现通过铜镜腐蚀试验对锡膏、助焊剂、清洗剂、coating液及其兼容性进行腐蚀强弱验证,结果如下:
24小时并清洗后:可以观察滴有清洗剂的位置铜膜完全被腐蚀穿透现象,而锡膏、助焊剂、coating液位置铜膜没有明显变化。
由以上结果可知,清洗剂对铜具有较强的腐蚀能力,可以推测绿色异物为清洗剂残留腐蚀铜层所致。
图4 铜镜腐蚀结果
结论
导致pcb板固定孔环产生绿色异物的原因为:失效焊盘ni层破损,且该位置容易残留助焊剂及清洗剂,当遇到潮湿环境时,清洗剂里活性成分腐蚀cu层,致使焊盘镀层发生腐蚀而产生异物。
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