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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