成都PCBA线路腐蚀失效分析 优尔鸿信检测

    成都PCBA线路腐蚀失效分析 优尔鸿信检测

    更新时间:2020-07-10   浏览数:99
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    PCBA线路腐蚀分析

    报告摘要


    背景:    

    据客户反应,其生产的计算机主板库存约3个月后背面出现线路及焊点腐蚀现象。严重者阻焊层覆盖下的线路被腐蚀断路,导致无法开机。腐蚀点主要集中在背面主板电池供电线路附近。

    分析结果:

    表面离子浓度测试显示,NG样品检测出大量的游离溴离子;

    焊接模拟实验显示,助焊剂和焊锡在焊接高温下会发生反应,产生大量游离溴离子;

    线路腐蚀严重区域发现阻焊油墨存在破口,线路被完全腐蚀断开;且破口处附近有大量含溴腐蚀产物;

    腐蚀线路覆盖阻焊油墨厚度约2.9~15.7μm,偏薄,不符合PCB厂工艺管控规格(阻焊油墨厚度约0.4~1.2mil(约10.16~30.48μm));线路Cu厚差异较大,呈斜坡样。

    失效症状:主板线路腐蚀

    失效形式:溴离子腐蚀铜线

    失效机理:阻焊油墨过薄存在破口,助焊剂和焊锡在高温下产生游离溴离子腐蚀线路至断开。

    根本原因:PCB来料不良+助焊剂残留

    改善建议:改善来料PCB阻焊制程;

    增加PCBA主板的清洗工序,重点清洗波峰焊区域,减少主板表面的助焊剂残留。



    背景



        客户反应,其生产的计算机主板库存约3个月后背面易出现线路及焊点腐蚀现象。严重者阻焊层覆盖下的线路被腐蚀断路,导致无法开机。腐蚀点主要集中在背面主板电池供电线路附近(如上图所示)。


    实验方案






    实验结果


    焊点腐蚀位置分析

    ——表面成分分析


        任取一腐蚀点进行表面成份分析,发现腐蚀产物有大量碳、氧、溴及铜元素存在。推测主板表面焊接残留物中的腐蚀性溴离子,对焊盘边缘露铜区域产生了腐蚀。此焊点短期内发生腐蚀,可能和其与电池供电线路相连有关。

    NG主板表面离子浓度测试

    ——IC(离子色谱法)


        将失效之PCBA整板用离子色谱法进行表面离子浓度测试,结果显示:NG样品检测出大量的游离溴离子。

    原物料离子浓度测试

    ——IC(离子色谱法)


        对波峰焊助焊剂、清洗剂和来料PCB分别进行离子浓度测试,结果如上表所示。助焊剂在未使用时,未检出游离性溴离子。清洗剂同样未检出游离性溴离子。PCB检出少量溴离子,这可能和板材的添加物有关(板材内含溴的阻燃剂)。

    焊接模拟实验+离子浓度测试


        对波峰焊助焊剂、PCB、焊锡进行焊接模拟实验,并对焊接残留物进行离子浓度测试,结果如上表所示。PCB在焊接高温下不会析出游离性的溴离子。助焊剂直接加热,以及涂覆在铜片表面或PCB阻焊层表面加热,也不会产生游离性的溴离子。助焊剂和焊锡在焊接高温下,会发生反应,产生了大量的游离溴离子。这表明助焊剂的活性在此种条件下被激活了。波峰焊焊点附近会残留大量的游离溴离子。

    线路腐蚀位置切片分析


        将线路腐蚀点经微切片后观察发现:1)线路不平整,呈斜坡样,铜厚差异较大。2)腐蚀首先发生在铜线斜坡尖角处(其上面覆盖的阻焊油墨厚度过薄),并逐渐往下蔓延,最终被完全腐蚀断开。

    线路腐蚀点表面成分分析

    ——SEM+EDS


        将线路腐蚀最严重处进行放大观察以及成分分析,发现线路尖角处阻焊油墨已经破裂(上图红线区域为阻焊层),破口处有大量含溴腐蚀产物。由此推测该线路腐蚀是由于阻焊油墨过薄甚至存在破口,外部溴离子进入,进而腐蚀线路至断开。

    NG铜线及阻焊层厚度量测

    ——切片法


        对被腐蚀线路的铜厚以及阻焊层厚度进行量测。其油墨厚度约2.9~15.7μm,铜线厚度约34.5~47.5μm。PCB厂工艺管控规格为阻焊油墨厚度约0.4~1.2mil(约10.16~30.48μm),铜线厚度约1.4~1.9mil(约35.56~48.26μm);由此可见,NG线路部分区域阻焊油墨厚度过薄,不符合其管控范围。

    正常线路切片观察


        取正常线路两处位置进行切片观察,并和腐蚀线路进行对比。正常线路其阻焊层厚度约14.9~24.6um,铜线厚度约37.4~45.5um,在正常范围内。腐蚀线路由于呈明显的斜坡状,导致铜厚不均,其上覆盖的阻焊层明显偏薄。

    分析与讨论

       NG铜线不平整,呈明显的斜坡状,可能和阻焊制作时,对铜面的前处理不当有关。


        铜面处理包含:除油、酸洗、毛刷磨板(见上图)毛刷磨板有粗化铜面、减薄铜厚的作用。但毛刷若长期使用而未及时更换,会磨损过度(毛刷的中间部分尤其严重),这会导致铜厚减薄不均匀。


        铜线在阻焊前处理时,厚度减薄不均匀,会影响到后面的油墨印刷厚度。若铜线厚薄差异太大,突起的部分会出现油墨印刷困难的现象,进而导致其上覆盖的阻焊层偏薄,甚至破口。


    结论

        将失效PCBA整板用离子色谱法进行表面离子浓度测试,结果显示:NG样品检测出大量的游离溴离子。助焊剂和焊锡在焊接高温下,会发生反应,产生了大量的游离溴离子。这表明助焊剂的活性在此种条件下被激活了。波峰焊焊点附近会残留大量的游离溴离子。切片与SEM+EDS测试发现,线路腐蚀严重区域发现阻焊油墨存在破口,线路被完全腐蚀断开;且破口处附近有大量含溴腐蚀产物。腐蚀线路覆盖阻焊油墨厚度约2.9~15.7μm,偏薄,不符合PCB厂工艺管控规格(阻焊油墨厚度约0.4~1.2mil(约10.16~30.48μm));线路Cu厚差异较大,呈斜坡样。腐蚀首先发生在斜坡尖角,并逐渐往下蔓延。由以上实验结果可推测,线路腐蚀是由于阻焊油墨过薄甚至存在破口,外部溴离子进入,进而腐蚀线路至断开。

    改善建议

         改善来料PCB阻焊制程:增加线路上阻焊油墨厚度,避免出现阻焊油墨破口现象。定期更换磨板磨刷,避免磨刷过度磨损。增加PCBA主板的清洗工序,重点清洗波峰焊区域,减少主板表面的助焊剂残留。


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