金面焊锡不良分析
非典型的焊盘原因导致的焊接不良案例分析
t
C
不 过 令人 欣 慰 的是 由
外观 检 查 发 现 失 效样 品 的 焊 点
1
，
对 P CB 空 板 样 品 清 洗 前 后 的 焊 盘 分
，
于 这 类 原 因 导致 的 焊接 不 良 比 较 容 易
首 先 对 委 托 单 位 所 送 失 效样 品 进 行 了外观 检 查
，
别 进 行 可 焊 性测 试
而 本文 则
，
通 过 引入 光 电 子 能 谱 的 表 面 分 析 手 段
对 润 湿 不 良的 焊盘 的 表 面 化 学物 质 组 成 及 其 深 度 分 布 进 行 了 分 析
，
结 果发
现 镍 镀 层 中镍 的 扩 散 至 金 表 面 导 致 了 焊盘 可 焊 性 的 急 剧 下 降
不
最 终 揭 示 了 导 致 使 用 该 焊 盘 进 行 焊 接 而 引起 的 焊 接
，
，
焊 锡 依 然 没 有 办 法 润 湿 焊 盘 的某
。
70 ％
以上 与
。
对
，
些 部 位 或 某 些 区 域 的焊 盘
2 _2 可 焊 性 测 试
的质量 有 关
，
特别是焊 盘 的表面
，
该 批 样 品焊 接 不 良的 原 因进 行 分 析 以便 找 到 改 进 的依 据
。
处 理 与 基 材 的 稳 定性 等 方 面 于 镀层不 良
其 焊 盘 表 面 进 行 S EM&EDS 分 析
，
；
255 ℃
；
活
．
性焊 剂 ： 松 香 ：
1％
，
异丙醇 ：
0 3 9 ％；
．
上锡不良分析改善报告
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改善对策(原因分析 二、原因分析&改善对策 原因分析） 原因分析 改善对策 原因分析）
1. 对其异常位置进行金厚和镍厚，金厚度测试（以1.5*1.5PAD测量）MI要求金厚 1-3u“镍厚100-300U”.结果如下：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 AU 2.05 2.13 2.13 2.34 2.05 2.14 1.31 1.26 NI 132.6 129.0 144.7 148.6 140.4 141.8 247.6 262.6
结果：其上锡不良拒焊主要在金表面，金层未融溶，同时金表面可目视可见水迹 印，在焊盘小孔边缘可见金面异色发红情形。
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改善对策(原因分析 二、原因分析&改善对策 原因分析） 原因分析 改善对策 原因分析）
5.现场跟进客户端SMT生产，SMT IR炉温设置高温断为275℃，设置温度与实际 炉温差异在1℃以内，实际温度曲线与标准温度曲线相符，过程无掉温的异常情 形，可排除为SMT温度不足导致的上锡不良情形；
固定专人、戴无硫手套检板
保持做桌面清洁干净
全流程戴手套作业
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四、改善对策
②每日当班早会宣导教育《基板十禁止》提升作业员品质意识，并由当站主管做监 督。 十禁止规范
4.作业方法 作业方法 ①维修刷镀后之板100%进行清洗干净后，增加由OQC抽检OK才可入包装，保障 清洗效果可监控。 清洗后OQC抽检
改善对策(原因分析 二、原因分析&改善对策 原因分析） 原因分析 改善对策 原因分析）
1. 对焊锡不良Pcb焊锡实验，将板子上裸露的焊盘进行全白橡皮擦拭后，结果如 下：
结果：焊锡正常，上锡饱满，排除镍金镀层不良。
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镀金板焊锡不良改善措施
TO：生产线各工序CC：生产/刘经理、厂务/刘经理、市场/尹经理FM：王登卫DATE：2005/4/19主题：有关镀金板焊锡不良的改善措施近段时间，我司生产的301系列镀金板，客户投诉焊锡不良、不好上锡，焊接过程中有焊盘脱落品质问题，为保证生产品质，请生产线各工序团结协作，严格按以下规范进行操作。
一、图形电镀1、图形转移后的电镀金板，IPQC检验合格后，图形电镀前保证铜面无氧化，如板面氧化面积超过5%，一律返洗。
2、化学实验室按分析频率每4小时对除油、微蚀活化药水成份进行分析，根据分析结果，及时调整药水。
3、每周对镀铜、镀镍缸以－电流密度，瓦楞形不锈钢板电解处理8小时以上，以消除重金属污染，保证铜镀层、镍镀层纯度。
4、每周清洗镀铜、镀镍缸过滤棉芯一次，每半月更换棉芯一次，每半月用活性炭滤芯过滤4小时，然后再换回棉芯，棉芯使用前用50℃－60℃热DI水浸泡15至30分钟除胶。
5、每班图电生产前，用百洁布清洁镀铜，镀镍缸阴极杆，保证无氧化、药水结晶，导电良好。
6、镀镍电流密度18－23ASF，电镀时间15－20分钟，保证镍镀层厚度达3－5微米。
7、每班更换镀镍后两道水洗，镀金前、后水洗，镀镍后第一时间镀金，以防止镍面钝化，电金不良。
8、镀金电流密度－，电镀时间30－50秒，保证金镀层厚度达到－微米，每250安培分钟补加10g金盐，同时补加10ml LH903R补充剂。
9、印制板镀镍后，镀金前一定要彻底清洗，防止将镀镍液带入镀金液，保证金镀层纯度。
金板蚀刻后10分钟内必须用3－5%柠檬酸或盐酸浸洗吹干，烘干前按日保养要求对10、磨板机进行保养，清洁吸水海棉，更换水洗缸水。
二、图形转移1、每班对磨板机按日保养要求进行保养，更换各水洗缸水，清洁滚轮、风刀、吸水海棉，保证丝印阻焊前金面无氧化、污染。
2、IPQC检验合格的镀金板，4小时内必须完成丝印阻焊，最长不超过8小时，网印后的金板，12小时之内必须完成曝光显影，控制好丝印环境，温度小于等于25℃，湿度50－60RH。
昆山XY化金板回复报告疑点分析建议
（一）昆山XY电子科技有限公司所有回复
（疑点用蓝色标出，对应的说明在最后资料中用红色标出） 1、客户的上锡不良板发现在焊接过程中产生气泡和裂痕的现象，说明焊点内部焊盘局部存在污染,推断其不良极可能 是焊接前受到污染有关,污染的存在阻碍了焊料在污染处湿润焊盘,造成虚焊。从图片上看，镍层未见腐蚀。请参照图片 （071020--BGA切片sem5.jpg、071020--BGA切片sem6.jpg）
由于进行 ENIG 之镀金时，有机物也会共镀于金层中，并在 焊接中产生气泡等
（二）化学沉镍金焊锡性不良的资料
根据网上资料和相关化金板论文、著作摘抄整理
一、化镍浸金流行的原因
1 .表面平坦好印好焊，小型承垫独领风骚 2 .垫面之接触导通一向优异别无分号 3 .并具可打线能力而得以替代电镀镍金 4 .高温中不氧化可做为散热之表面
1.为了更进一步了解镍面的黑垫情形，刻意将镀后的金面再用氰化物溶液予以剥除，从已被金水咬过的底镍面上，原 子分别可看到下列四种不同的放大情形。
观察 NI 面是否氧化的常用方法
观察 NI 面 氧化的合 适倍率和 观察图片 （平面图 倍率大与 昆山欣溢 的 SEM 照 片）
3.2 美国ITRI（互连技术研究协会）针对ENIG的项目研究（略） 美国ITRI化镍浸金项目研究的结论（2001年3月) 1. 假设载板与组装之焊垫与锡球之品质，彼此都相同而暂不加以考虑时，则其焊点强度与可靠度将直接与 IMC 本身的 强度有关。由于喷锡与 OSP 制程在焊接中所形成的 IMC 为 Cu6Sn5，且又未遭其它不纯金属（如金、银等）的熔入而污染， 故所表现出的强度自然最好 2. 由前可知 ENIG 所得 Ni3Sn4 先天不足之 IMC 使然，即使强度再好也不会超过喷锡与 OSP。想要自黑垫的阴影中全身 而退也几乎不可能。在严加管理下并以缩短槽液寿命的方式来提高良率，虽非睿智之举，但亦属无可奈何之中的免强出招。 3.3 另篇黑垫论文 Black Pad：ENIG with Thick Gold and IMC Formation During Soldering and Rework（IPC 2001 论文集 S10-1-1）本文甚长共有 18 页且含 46 张照片，作者 Sungovsky 及 Romansky 均任职于加拿大之 Celestica 公司（CEM 厂商类），与前 ENIG 项目负责人 Houghton 皆属同一公司。本文亦从仿真实际板的焊接及拉脱着手，而仔细观察黑垫的成 因。并对 ENIG 的层次结构深入探讨，更值得的是尚就故障焊点与脱落组件提出了挽救的办法，是其它文献所少见。现将 全文部分要点整理如下： 1.化镍层是呈片状(Laminar)生长的瘤状结晶（Nodule Structure），其瘤径大小约 900-5000nm，分别有微结晶与非结 晶两种组织，与添加剂有直接关系。其添加剂多集中在瘤体的边界处，使得该接壤区域的自由能较高，以致耐蚀性变得较 差，因而十分容易受到金水的攻击。严重时甚至发生镍与金之间出现多层交互堆积的现象，进而妨碍 IMC 的生成并导致焊 点强度的脆弱不堪
印制板的金面氧化改善
电镀涂覆 Plating Coating 印制电路信息2020 No.01印制板的金面氧化改善曹卓（奥士康精密电路（惠州）有限公司，广东 惠州516200 ）中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2020）01-0064-03The Discussion of Improving Goldsurfaced Oxidation on PCBCao Zhuo0刖目化学镀金此种表面涂饰因其良好的抗氧化 及助焊性能而备受青睐，但化学镀金就是很难避 免金面氧化问题。
严重的金面氧化会导致焊锡性 欠佳，焊点强度不足，焊点后续可靠度降低等问 题。
金面氧化的改善就成为了摆在众多PCB 板厂 面前的难题，本文通过实验，浅析了金面氧化的 成因和相应的改善对策。
1金面氧化的现象金的化学性质很不活泼，难于发生化学反 应，甚至连高浓度的硫酸如此强的氧化剂都不能 氧化金。
所以，金面氧化一词实在是不甚严谨。
本行业所说的金面氧化一般分为两种，一是金 层下镰层的氧化，另一种是金面上沾有其他污染 物，污染物氧化导致的金面变色现象。
1.1鎳氧化导致的金面氧化现象目前的化学镀金工艺中，都会在金与铜的中 间镀上一层银层，用镰来分隔金层与铜面。
但镰 作为分隔层，存在氧化的风险。
不论是化学镀金 时银的过度氧化留在金鎳界面间，还是因为金层 过薄，高温作用下镰扩散至金面被氧化而成为氧 化镰。
都会导致板面出现发黑的现象。
若严重时 就会造成业界所说的“黑垫”现象。
下图1为镰迁移至金面被氧化的EDS 分析，分析显示Ni 元素含量较低而O 元素含量很高，这是因为银扩散并氧化 导致。
2.2金表面污染导致的金面氧化现象化学镀金板尚需经外型，电测及成检三道图4客诉上锡不良板的EDS 分析（一）印制电路信息2020 No.01电镀涂覆 Plating Coating 工序方可出货，在此过程中，若金表面被杂质污 染，就会形成氧化现象。
无铅喷锡SMT上锡不良的几种分析思路
无铅喷锡在SMT上锡不良的几种分析思路1、无铅喷锡的历史演变:热风整平作为一种PCB焊锡面的表面处理方式在PCB行业已广泛应用了数十年，然而自WEEE(Waste from Electrical and Electronic Equipment）和ROHS（Restriction of Use of Hazardous Substances）的先后出台，所有电子产品无铅化的转变让所有人意识到有铅制程的气数已尽.国内也于2007年6月份开始了无铅化的进程推进，无铅的表面处理方式也随之发展。
于是出现了多种无铅表面处理方式:（1）化学浸镍金（ENIG：Electroless Nickel and Immersion Gold)。
(2）化学浸锡(I—Tin：Immersion Tin）。
(3）化学浸银（I．Ag：Immersion Sliver）。
（4)有机保护膜(OSP：Organic Solderability Preservatives）。
(5）无铅焊料热风整平(HASL：Tot Air Solder Levelling).本文重点介绍此种表面处理方法在SMT生产过程中上锡不良的几种因素及处理对策。
2、无铅喷锡的工艺方法:要解决无铅喷锡在SMT生产时出现上锡不良，首先得对无铅喷锡工艺有个详细的了解。
下面介绍的为无铅喷锡工艺方法。
无喷锡分为垂直喷锡和水平喷锡两种，其主要作用为：A、防治裸铜面氧化；B、保持焊锡性。
喷锡的工艺流程为：前清洗处理→预热→助焊剂涂覆→垂直喷锡→热风刀刮锡→冷却→后清洗处理A．前清洗处理:主要是微蚀铜面清洗,微蚀深度一般在0.75—1。
0微米，同时将附着的有机污染物除去,使铜面真正的清洁,和融锡有效接触，而迅速的生成IMC；微蚀的均匀会使铜面有良好的焊锡性；水洗后热风快速吹干；B．预热及助焊剂涂敷预热带一般是上下约1。
2米长或4英尺长的红外加热管，板子传输速度取决于板子的大小，厚度和其复杂性；‘60mil（1.5mm）板子速度一般在 4。
可焊性不良原因分析
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真因验证： 经过对成品清洗线的4组层别验证证实（如下），问题 果然存在与此！
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标准化：
文件编号：ME2013061801 变更前内容： 1、流程 酸洗→加压水洗→溢流水洗→锡板放板口→加压水洗→超音波水洗→加压水 洗→加压水洗→溢流水洗→热水洗→烘干段 2、参数 酸洗浓度：3-5% （柠檬酸） 换缸频率：班/1次 变更后内容： 1、流程 酸洗→加压水洗→溢流水洗→锡板放板口→碱洗（氨水）→超音波水洗→加 压水洗→加压水洗→溢流水洗→热水洗→烘干段 2、参数 酸洗浓度：1-3% （硫酸） 碱洗浓度：1-3% （氨水） 换缸频率：天/1次
措施拟定： 鉴于第4组验证试验较为可行，故将其作为改善措施。 在锡板放板口过后第一段加压水洗中（红色标示处）添加 比例为1%-3%的氨水来清洗沉金板金面的酸性残留： 【设备流程：酸洗→加压水洗→溢流水洗→锡板放板口→ 加压水洗→超音波水洗→加压水洗→加压水洗→溢流水洗 →热水洗→烘干段】。
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现况把握： 2、焊接面缩锡
右图为0683客户于 2013年5月22日投诉焊 接后焊盘上锡不良问 题，公司内部生产型 号为040683014，客诉 不良率4%，周期为 1316生产。此板采用 的表面工艺为沉金。
PCB上件缩锡分析报告
ENIG
SEM-3000倍-1
SEM-3000倍-3
從SEM上可見：局部上錫部位鎳層结构正常,無腐蝕刺人現象,并且Cu/Ni/Sn層 之間IMC結构良好;
FENGYI TRADING (SHENZHEN) CO.,LTD
11
1.6上锡不良处切片SEM
切片位置
Ni Cu
SEM-3000倍-1
ENIG
ENIG
FENGYI TRADING (SHENZHEN) CO.,LTD
27
06IT36158板缩錫分析報告
主管：
會簽：
經辦：
丰鎰貿易（深圳）有限公司
2007/10/11
問題描述
10月10日客戶羅技公司投訴06IT36158料號上件時有缩錫現象, 不良率 30/1000=3%，周期為3406, 不良現象見下圖：
ENIG
現象-1 現象-2 FENGYI TRADING (SHENZHEN) CO.,LTD
Ni Cu
從SEM上可見：上錫不良部位切片后側 面觀察表面平整光滑﹐鎳層结构正常,無 腐蝕現象;
SEM-3000倍-2
FENGYI TRADING (SHENZHEN) CO.,LTD
12
1.7.縮錫処切片觀察--立碑效应剖解
SEM-1000倍
Sn 元件
SEM-3000倍
Ni
立碑(Tombstone) 效应引起裂痕
2004/10/29 上午 11:26:26
Spectrum processing :
Processing option : All elements analyzed (Normalised)
Element PK Ni K Totals
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8
Atomic%
CK Ni K Au M
8.03 42.25 49.72
40.74 43.87 15.39
Totals
100.00
6
上錫測試
測試前
測試後
測試作法： 1.non-wetting位置以丙酮 清洗後 2.塗佈flux 3.放置錫球 4.進y
現象說明：
• Non-wetting區域大都可以發現金面未融溶。 • 未上件&組裝異常板SEM都可發現異物附著於表面。 • EDS元素分析:C,Au,Ni 。 • 將金層表面之異物以丙酮清洗後,重新進行上錫測試,可正常 吃錫。 推測：
興普 non-wetting issue
1
說明
利用能量分散光譜儀(EDS)分析印刷電路板non-wetting之焊墊表 面汙染元素，並且使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察同一元件位置 之晶格結構，分析組裝焊錫(solderability)不良原因。
儀器： 儀器：
掃描式電子顯微鏡( Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectrometer, SEM/EDS )
樣品： 樣品：
印刷電路板 * 2 pcs ( 未上件 、異常板 )
2
Non-wetting位置說明
Non-wetting位置都可發現裸露出金面焊墊 位置都可發現裸露出金面焊 位置都可發現裸露出金面
3
SEM ( 未上件 –空板)
分析區域
金層表面疑似附著一層異物
4
SEM ( 異常板 )
分析區域
未參與組裝之金層已經變色
Au
Ni
金層表面疑似附著一層異物
剝金後異物依然無法去除(薄膜) 金後異物依然無法去除(薄膜)
5
EDS 元素分析
未上件
異常板
Element Weight% Atomic%
CK Ni K Au M
7.86 44.42 47.72
39.59 45.75 14.65
Totals
100.00
Element
Weight%