No.055 PXX2焊接中的黑盘缺陷
1.现象描述及分析
(1) 现象描述
某SMT生产线生产的PXX2 PCBA上的侧键及USB连接器焊盘发黑 (见图No.055-1),不润湿;P HT中从背面也能看到部分孔壁发黑,对焊料不润湿,焊料填充不饱满,沿孔壁有空洞,不良率高达6.7%。
图No.055-1 PXX2 PCBA上的侧键及USB连接器焊盘发黑
PCB表面涂层工艺为ENIG Ni(P)/Au,而器件引脚表面涂层工艺为电镀Ni/Au。
(2) 现象分析
① 针对上述P TH不良现象进行P TH孔壁切片分析,如图No.055-2所示。
图No.055-2 PTH孔壁切片分析
从图No.055-2中可以看到,器件引脚焊接良好,有明显的锐角润湿;而PCB的PTH局部孔壁和焊盘一样对焊料不润湿,沿孔壁有空洞,分界处可明显见到微裂纹,同时可以看到凹坑的地方对焊料完全不润湿。
② 发黑焊盘焊点切片如图No.055-3所示,从图中可以看到,焊接处没有形成IMC层,且沿界面有一条贯穿的断裂裂纹。因此,用镊子就可以很容易地将焊点剥离掉就不难理解了。
图No.055-3 发黑焊盘焊点切片
③ 发黑焊盘切片放大后的图像,如图No.055-4所示,从图中可看到,Ni层不平整、不润湿且有较多的凹坑。
④ USB连接器的P TH焊点的切片图,如图No.055-5所示,从图中可见器件引脚焊接良好,有明显的锐角润湿;而PCB的PTH局部孔壁和焊盘表面一样对焊料不润湿,相邻焊接界面连接处的润湿角明显大于90°,如图No.055-5 (a) 所示。可以看出,在PTH孔壁的焊接界面上,分布着大量的不连续的完全不润湿的点状区域,在分界面上除在个别位置断续地夹杂着点状的IMC层外,其他区域的Ni层已被侵蚀而演变为完全不可焊的黑色的氧化镍,在焊点内部的界面上形成了几乎要连通的裂缝,如图No.055-5 (b) 所示。
⑤ 图No.055-6展示了器件与PCB 焊接情况比较。从中可以看出器件侧Ni 层平整,IMC层连续且清晰可见,焊料对器件引脚的润湿状况良好。而在PCB侧的焊点界面上,由于不润湿导致了较多的断裂裂纹,使得焊点存在严重的质量隐患。
图No.055-4 发黑焊盘切片放大后的图像
图No.055-5 USB连接器的PTH焊点的切片图
图No.055-6 器件与PCB焊接情况比较
2.形成原因及机理
(1) 形成原因
本案例中的侧键和USB连接器的焊接缺陷,是PCB表面ENIG Ni/Au涂层工艺不良造成的。
(2) 形成机理
● ENIG Ni/Au工艺在置换过程中底层Ni受到了Au置换药水的侵蚀;
● Au层厚度薄、针孔多,因而抗环境侵蚀能力差,底层Ni极易被氧化而生成黑色的氧化镍。
3.解决措施
① 采用OSP工艺替代ENIG Ni/Au工艺。
② 在有特殊要求的情况下,可采用电镀EG Ni/Au涂层工艺替代ENIG Ni/Au涂层工艺。
③ PCB制造商一定要强化ENIG工艺过程控制,确保镀Au层质量。