心態炸裂！插件焊接前發現PCB焊盤出現“發黑”異常

引言

某PCB貼片回流焊接兩天后插件焊接前發現PCB焊盤出現“發黑”異常。對PCB進行測試分析，查找焊盤“發黑”的失效原因。

測試分析

1 失效確認

對NG PCB進行外觀檢查，確認失效現象，并與未過爐光板進行對比，發現NG焊盤顏色明顯偏暗，即焊盤“發黑”，且表面較為粗糙，呈塊狀形貌；而未過爐PCB焊盤表面呈棕黃色，表面較為平整，無明顯異常特征。

2 焊盤表面分析

對NG焊盤和未過爐光板進行表面分析，發現NG PCB表面存在兩種類型形貌：①明顯的膜狀覆蓋物，Cl含量較高，約為11.4wt%；②呈腐蝕結晶形貌，Cl含量同樣較高，約為14.7wt%，如圖1，表1所示；而未過爐焊盤表面較為平整，未發現明顯腐蝕形貌；焊盤表面主要成分為C、O、Cl、Cu，Cl含量為1.1wt.%~5.6wt.%，如圖2，表2所示。

圖1 NG焊盤表面SEM圖片及EDS譜圖

表1 NG焊盤表面EDS結果（Wt.%）

圖2 未過爐焊盤表面SEM圖片

表2 未過爐PCB焊盤表面EDS結果（Wt.%）

3 焊盤剖面分析

對NG PCB、未過爐光板焊盤進行剖面分析。如圖3，表3所示，NG PCB A區焊盤表面OSP膜呈結晶狀，厚度為3.68~4.29μm；NG PCB B區焊盤OSP膜呈霧狀，厚度為1.44~2.58μm；各區域OSP膜主要成分都為C、O、Cl、Cu，且Cl、Cu含量較高，分別為6.8 wt.%~16.8wt.%、41.7wt.%~73.3wt.%。

圖3 NG PCB焊盤剖面SEM圖片

表3 NG PCB焊盤剖面EDS結果（Wt.%）

如圖4，表4所示，未過爐焊盤OSP膜襯度均勻，無明顯雜質，厚度約為0.68~1.26μm。OSP膜主要成分為C、O、Cl、Cu，其中Cu含量為7.9wt.%，Cl含量為3.9 wt.%。

由以上測試結果可見，NG PCB OSP膜呈明顯的腐蝕形貌，主要與底銅腐蝕相關；OK PCB OSP膜與NG PCB存在巨大差異。兩者差異主要體現在底銅腐蝕。

圖4 未過爐PCB焊盤剖面SEM圖片

表4 未過爐PCB焊盤剖面EDS結果（Wt.%）

4 FT-IR分析

對失效PCB的焊盤表面進行紅外分析，發現NG焊盤表面主成分為酰胺化合物，而OSP膜成膜物質主要成分為含氯苯并咪唑衍生物。

圖5 FTIR紅外光譜譜圖

表5 FT-IR測試結果

5 TOF-SIMS極表面成分分析

利用TOF-SIMS對NG PCB、未過爐PCB焊盤表面進行成分分析，通過對比發現，NG焊盤極表面存在大量的Na、K異常元素，說明NG焊盤表面存在污染。結合EDS測試結果分析，Na、K異常元素僅存在焊盤極表面，與底銅的腐蝕無直接相關性。

表6 TOF-SIMS測試結果

6 XPS深度成分分析

利用XPS對NG PCB焊盤表面縱向方向成分進行分析（分別分析圖1中薄膜覆蓋區和明顯結晶區），并與未過爐PCB進行對比，結果如下：

①距離焊盤表面50nm深度時，NG PCB、未過爐PCB成分無本質差異。NG PCB Cu、Cl元素含量相對較高，Cu、Cl元素主要以離子態存在；未過爐PCB Cl元素主要以共價鍵為主，這與表面腐蝕結晶形貌相一致。

②距離焊盤表面250nm深度，NG PCB不同區域變化略有不同，Cu、Cl元素仍然主要以離子態存在。

表7 XPS測試結果（At%）

結論

OSP焊盤組裝過程中焊盤“發黑”是由于底銅腐蝕結晶所致，主要與Cl元素含量較高、流轉存儲過程無管控兩方面直接相關。

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