PCB熔錫不良現象背后的失效機理
樣品信息
#1為失效樣品，取#1樣品中的RG11；#2為非同周期PCB板，取#2樣品中的C37。
#1樣品
#2樣品
分析過程
外觀分析
說明：#1樣品RG11失效位置呈現無Sn潤濕狀態或退潤濕狀態，PAD面平整，有明顯助焊劑殘留。器件焊端均有明顯的Sn潤濕。
#1樣 SEM分析
對#1失效點進行未潤濕點的表征分析，下圖為RG11典型PAD的SEM分析：
說明：#1樣品RG11未潤濕PAD，表面平整，且有明顯的助焊劑殘留。這說明在回流初期，Sn與這個面發生過作用。但由于潤濕不良，導致焊錫無附著或退潤濕異常。
#1樣 EDS分析
對RG11失效PAD進行EDS成分分析如下：
說明： 對失效PAD進行成分分析，未發現異常元素， C元素約占30%（助焊劑主要成分之一）。
#1樣 切片分析
取#1樣品中的RG11進行切片分析：
斷面金相分析
斷面SEM分析
斷面EDS分析
IMC厚度測量
說明：
1.金相分析：#1樣品RG11進行切片金相分析，不潤濕點的焊錫主要收縮到器件端子的位置（圖示），PCB PAD上不潤濕。潤濕良好的焊點延伸出來的PAD上有明顯焊錫。
2.SEM&EDS斷面分析：#1樣品RG11未潤濕PAD表層呈現合金化狀態（IMC層裸露），以Cu、Sn組成，整體比例約40:60，說明合金層（IMC）構成為Cu6Sn5 。
3.#1樣品RG11未潤濕PAD的IMC厚度最大3.23μm，IMC厚度最小1.05μm。
#2樣 鍍層厚度分析
針對未回流的PCB測試下記標識點位PAD：
注：厚度單位為μm。
說明：通過對#2的鍍層分析可見，Cu+Sn（噴錫工藝），Sn的厚度Min1.055μm，Max 9.217μm，平均4.245μm。
#2樣 斷面分析
取#2樣品C37對PAD位置進行切片分析：
斷面SEM分析
斷面EDS分析
說明：對#2樣品C37 PAD位置進行斷面SEM分析， PAD表層呈現合金化狀態（部分位置IMC層裸露），IMC厚度最大1.23μm，IMC厚度最小0.93μm，IMC層的Cu、Sn比例約40:60，說明IMC構成為Cu6Sn5。
分析結果
原因分析
結合上述分析來看，對PCB PAD不潤濕的失效分析如下：
1.PCB焊盤的表面處理方式為熱風整平（噴錫）；
2.失效焊點PAD上無明顯Sn（錫膏）附著，未發現異常元素， C元素約占30%（助焊劑主要成分之一）；
3.斷面分析表明未潤濕位置具有典型特征：表面合金化，即IMC層裸露。通過元素分析，IMC層的Cu、Sn比例約40:60，說明IMC構成為Cu6Sn5。
4.PCB的鍍層分析Sn的厚度Min1.055μm，Max9.217μm，平均4.245μm。#2樣品C37對PAD位置進行斷面SEM分析， PAD表層呈現合金化狀態。
失效機理解析
PCB表面Sn鍍層厚度不均勻，導致局部位置焊盤表面的鍍層合金化，即IMC層（Cu6Sn5）裸露。由于IMC含有大量的Cu，其熔點遠高于錫焊料，從而造成焊盤表面可焊性降低，回流焊接時易發生焊盤不潤濕，焊錫爬至器件焊端的現象。
典型失效圖示：
注：錫厚度不均勻導致的鍍層合金化是熱風整平（噴錫）工藝PCB常見的失效模式。
原創：新陽檢測中心