【PCB失效分析】導致PCB板固定孔環產生綠色異物的原因是什么？

引言

某PCBA經組裝完成和清洗工序+coating工序后，板子的測試孔環表面出現異物，且失效位置固定。

該PCB板焊盤為ENIG工藝，產品基本生產流程為：貼裝→回流焊→插件→噴涂助焊劑→波峰焊→ICT測試→FCT1測試→清洗→coating→FCT2測試。現對NG1（coating工序后）、NG2（清洗后）、NG3（組裝后未清洗）進行失效分析，查找產生異物原因。

測試分析

1 外觀檢查

根據不良位置固定特點，主要針對上述失效品的異常通孔1、通孔2及背面pad1位置進行外觀檢查。

（1）NG1（coating工序后），在固定位置（通孔1、通孔2及背面pad1）周圍，發現孔環、焊盤有綠色異物出現，放大后疑似孔環腐蝕、破損現象，如圖1-1所示；

（2）NG2（清洗后），在固定位置（通孔1、通孔2及背面pad1）發現綠色異物出現，相較于coating工序后失效樣品，綠色異物多分布在孔環、焊盤邊緣位置，如圖1-2所示；

（3）NG3（組裝后未清洗），在相同位置未發現綠色異物出現，如圖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，表現為綠色異物不良，后續通過FTIR、EDS等對綠色異物進行分析。

2 FTIR分析

為確認綠色異物是否含有有機成分，利用FTIR對綠色異物及周圍物質進行分析；

（1）NG1（coating工序后）上的綠色異物發現丙烯酸樹脂存在，與三防漆中丙烯酸樹脂相同；

（2）NG2（清洗后）上發現的綠色異物，發現有丙烯酸樹脂存在；

（3）NG3（組裝后未清洗）孔環邊緣白色物質含有己二酸，己二酸為助焊劑常用成分，可以推測該白色物質為助焊劑殘留物。

表1 FTIR測試結果

3 SEM+EDS成分分析

為確認綠色異物所含元素成分，利用EDS對異物進行分析，結果如下：

（1）NG1（coating工序后）綠色異物位置發現大量C、O、Ni、Cu元素及少量P、Au元素，孔環鍍層被腐蝕，綠色異物為腐蝕的產物；

（2）NG 2（清洗后）綠色異物位置發現大量C、O、Ni元素及少量Cu、P、Au元素，孔環鍍層被腐蝕，綠色異物為腐蝕的產物。

由EDS結果可知，綠色異物主要為孔環鍍層被腐蝕后的產物。

圖2-1 NG1（coating工序后）失效位置孔環表面SEM圖片

表2 NG1（coating工序后）后失效位置孔環表面EDS結果

圖2-2 NG2（清洗后）失效位置孔環表面SEM圖片

表3 NG2（清洗后）失效位置孔環表面EDS結果

4 切片分析

為了進一步確認失效原因，將失效位置通孔進行切片分析，結果如下：

（1）NG1（coating工序后）：如圖3-1所示，通孔1位置（失效位置1）bottom側孔環表面、邊緣及拐角處多處發現鎳層破損后，下面銅層被腐蝕的現象。

（2）NG2（清洗后）：如圖3-2所示，通孔1及通孔2位置，發現孔環邊緣位置銅被腐蝕的痕跡，通孔1位置拐角處發現有鎳破損現象，表現為鎳層裂紋缺陷。

（3）NG3（組裝后未清洗）：如圖3-3所示，通孔1及通孔2位置沒有發現鎳層破損及銅腐蝕現象。

由切片結果可知，綠色異物應為鍍層腐蝕的產物。鍍層被腐蝕的直接原因為鎳層破損（鎳層裂紋)后外界物質腐蝕銅層造成。下面通過銅鏡試驗驗證化學試劑的銅膜腐蝕能力。

圖3-1 NG1（coating工序后）后失效位置切片截面圖

圖3-2 NG2（清洗后）失效位置切片截面圖

圖3-3 NG3（組裝后未清洗）切片截面圖

5 腐蝕驗證分析

為了找出具有銅腐蝕能力的試劑，現通過銅鏡腐蝕試驗對錫膏、助焊劑、清洗劑、coating液及其兼容性進行腐蝕強弱驗證，結果如下：

24小時并清洗后：可以觀察滴有清洗劑的位置銅膜完全被腐蝕穿透現象，而錫膏、助焊劑、coating液位置銅膜沒有明顯變化。

由以上結果可知，清洗劑對銅具有較強的腐蝕能力，可以推測綠色異物為清洗劑殘留腐蝕銅層所致。

圖4 銅鏡腐蝕結果

結論

導致PCB板固定孔環產生綠色異物的原因為：失效焊盤Ni層破損，且該位置容易殘留助焊劑及清洗劑，當遇到潮濕環境時，清洗劑里活性成分腐蝕Cu層，致使焊盤鍍層發生腐蝕而產生異物。

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