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心态炸裂！插件焊接前发现pcb焊盘出现“发黑”异常

引言

某pcb贴片回流焊接两天后插件焊接前发现pcb焊盘出现“发黑”异常。对pcb进行测试分析，查找焊盘“发黑”的失效原因。

测试分析

1 失效确认

对ng pcb进行外观检查，确认失效现象，并与未过炉光板进行对比，发现ng焊盘颜色明显偏暗，即焊盘“发黑”，且表面较为粗糙，呈块状形貌；而未过炉pcb焊盘表面呈棕黄色，表面较为平整，无明显异常特征。

2 焊盘表面分析

对ng焊盘和未过炉光板进行表面分析，发现ng pcb表面存在两种类型形貌：①明显的膜状覆盖物，cl含量较高，约为11.4wt%；②呈腐蚀结晶形貌，cl含量同样较高，约为14.7wt%，如图1，表1所示；而未过炉焊盘表面较为平整，未发现明显腐蚀形貌；焊盘表面主要成分为c、o、cl、cu，cl含量为1.1wt.%~5.6wt.%，如图2，表2所示。

图1 ng焊盘表面sem图片及eds谱图

表1 ng焊盘表面eds结果（wt.%）

图2 未过炉焊盘表面sem图片

表2 未过炉pcb焊盘表面eds结果（wt.%）

3 焊盘剖面分析

对ng pcb、未过炉光板焊盘进行剖面分析。如图3，表3所示，ng pcb a区焊盘表面osp膜呈结晶状，厚度为3.68~4.29μm；ng pcb b区焊盘osp膜呈雾状，厚度为1.44~2.58μm；各区域osp膜主要成分都为c、o、cl、cu，且cl、cu含量较高，分别为6.8 wt.%~16.8wt.%、41.7wt.%~73.3wt.%。

图3 ng pcb焊盘剖面sem图片

表3 ng pcb焊盘剖面eds结果（wt.%）

如图4，表4所示，未过炉焊盘osp膜衬度均匀，无明显杂质，厚度约为0.68~1.26μm。osp膜主要成分为c、o、cl、cu，其中cu含量为7.9wt.%，cl含量为3.9 wt.%。

由以上测试结果可见，ng pcb osp膜呈明显的腐蚀形貌，主要与底铜腐蚀相关；ok pcb osp膜与ng pcb存在巨大差异。两者差异主要体现在底铜腐蚀。

图4 未过炉pcb焊盘剖面sem图片

表4 未过炉pcb焊盘剖面eds结果（wt.%）

4 ft-ir分析

对失效pcb的焊盘表面进行红外分析，发现ng焊盘表面主成分为酰胺化合物，而osp膜成膜物质主要成分为含氯苯并咪唑衍生物。

图5 ftir红外光谱谱图

表5 ft-ir测试结果

5 tof-sims极表面成分分析

利用tof-sims对ng pcb、未过炉pcb焊盘表面进行成分分析，通过对比发现，ng焊盘极表面存在大量的na、k异常元素，说明ng焊盘表面存在污染。结合eds测试结果分析，na、k异常元素仅存在焊盘极表面，与底铜的腐蚀无直接相关性。

表6 tof-sims测试结果

6 xps深度成分分析

利用xps对ng pcb焊盘表面纵向方向成分进行分析（分别分析图1中薄膜覆盖区和明显结晶区），并与未过炉pcb进行对比，结果如下：

①距离焊盘表面50nm深度时，ng pcb、未过炉pcb成分无本质差异。ng pcb cu、cl元素含量相对较高，cu、cl元素主要以离子态存在；未过炉pcb cl元素主要以共价键为主，这与表面腐蚀结晶形貌相一致。

②距离焊盘表面250nm深度，ng pcb不同区域变化略有不同，cu、cl元素仍然主要以离子态存在。

表7 xps测试结果（at%）

结论

osp焊盘组装过程中焊盘“发黑”是由于底铜腐蚀结晶所致，主要与cl元素含量较高、流转存储过程无管控两方面直接相关。

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