【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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