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：

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。

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 。

#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。

審核編輯：湯梓紅