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【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?

2024-02-01  浏览量:37

 

【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

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。

 

NG1(coating工序后)失效位置孔环表面SEM图片

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

NG1(coating工序后)后失效位置孔环表面EDS结果

 

NG2(清洗后)失效位置孔环表面SEM图片

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

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。

 

NG1(coating工序后)后失效位置切片截面图

图3-1 NG1(coating工序后)后失效位置切片截面图

 

NG2(清洗后)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

 

NG3(组装后未清洗)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。

 

铜镜腐蚀结果

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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