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光模块PCB的焊盘特性对焊接的影响

2019-04-09 14:21
PCB失效分析
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摘要:本文主要介绍光模块产品在焊盘工艺制作中,会有阻焊限定和蚀刻限定两种焊盘,而由于两种焊盘设计的差异性,对光模块产品的焊接情况也有着不同的影响。

关键词:光模块;焊盘;阻焊限定;蚀刻限定;

随着电子产品走向短小轻薄以及多功能化,印制线路板也向着线路高密度高精细度、高频率、高厚径比方向发展,为了满足电子产品的小型化,高密度化和轻量化的要求,封装技术和印制电路板技术高速发展。光模块产品在SMT贴装环节中时常出现一些焊盘拒锡问题,这些看似为可焊性不良的问题,其实跟光模块产品在焊盘设计上有着密不可分的联系。光模块产品在设计焊盘时,其工艺制作为阻焊限定和蚀刻限定两种,由于两种工艺的差异性,阻焊限定焊盘一般会比蚀刻限定焊盘面积大20~40%左右,在SMT贴装后,钢网开窗、下锡量一致的情况下,阻焊限定焊盘容易出现边角位置露金边的现象。

下面以一例实际生产中光模块产品可焊性不良的案例为主要介绍内容,来说明阻焊限定和蚀刻限定两种制作工艺的焊盘对PCB可焊性的影响。

1 案例背景

某光电板PCBA产品在贴装时出现露金边现象,并提供了若干块同生产周期的PCB板和两面均贴装了器件的不良PCBA板,要求对焊盘露金边原因进行分析。

部分关键信息为:贴装后的PCBA板,整板出现露金边现象,表现为焊盘边角或边缘位置拒锡,且不良率高达100%,PCB表面处理为水金,其外观如图1所示:

采用X-Ray测厚仪,对PCB焊盘进行测试,实测镍厚、金厚结果如表1所示:

如表1所示,焊盘实测平均金厚0.055μm,满足工艺要求,平均镍厚5.845μm,满足工艺要求。

2 失效点位置确认

立体显微镜下观察露金边焊盘表观形貌,如下图2所示:

观察图2,PCBA焊盘表面上的焊料在焊盘上不能完全覆盖,露出金面,出现“露金边”现象,呈不润湿模式。且露金边位置主要集中在阻焊限定焊盘上。

3 焊点切片确认

制作上锡不良焊盘垂直切片,通过扫描电子显微镜观察焊料在焊盘上的润湿角以及IMC生长情况,结果如图3所示:

如图3所示,焊料与焊盘润湿角呈锐角,焊盘不上锡位置没有IMC生成,说明锡料并未完全铺展到焊盘边缘位置,而焊料覆盖位置的IMC层生长良好,厚度为3.04μm。

4 可焊性验证

根据IPC J-STD-003C标准,将同生产周期的PCB过两次无铅回流后做边缘浸锡测试。浸锡结果如图4所示:

试验条件:焊料:Sn96.5Ag3.0Cu0.5,焊接温度:255℃,焊接时间:10±0.5s,助焊剂:2#标准助焊剂(松香:25%,异丙醇:74.61%,二乙胺盐酸盐:0.39%)。

如图4所示,PCB经两次无铅回流浸锡后上锡效果良好,说明PCB可焊性良好。

5 焊盘尺寸特点分析

根据光电板特性,板上有许多蚀刻限定和阻焊限定焊盘,蚀刻限定焊盘尺寸均比阻焊限定焊盘尺寸要小一些,在钢网开窗尺寸和印锡膏量一定的情况下,面积稍大的阻焊限定焊盘容易出现因锡料无法完全覆盖致焊盘边角而露金边的问题,此种情况在光模块产品上常有发生。具体对比如下图5所示:

如图5所示,阻焊限定焊盘平均面积为30.74μm2,蚀刻限定焊盘平均面积为22.78μm2,阻焊限定焊盘面积比蚀刻限定焊盘面积平均大7.96μm2,约大34.9%。在贴装时,因阻焊限定焊盘面积比蚀刻限定焊盘面积稍大,在相同钢网开窗尺寸和同等下锡量情况下,焊料在蚀刻限定焊盘上能覆盖整个焊盘,而在阻焊限定焊盘上则无法完全覆盖整个焊盘,说明光电板在开钢网印刷锡膏时确实存在阻焊限定焊盘因比蚀刻限定焊盘面积较大,导致锡料无法完全覆盖焊盘边缘的问题。

6 分析结论

PCBA露金边位置主要集中在阻焊限定焊盘上,因阻焊限定焊盘的补偿及开窗方式,其焊盘面积比蚀刻限定的焊盘面积稍大,导致阻焊限定焊盘上的焊料难以完全铺展覆盖至焊盘边缘位置,故出现较多焊盘边缘露金边的情况。

第一作者:王燕,现就职于广州兴森快捷电路科技有限公司分析测试实验中心,任失效分析助理工程师,主要从事各项物理、化学检测分析研究及PCB/PCBA板级失效分析技术研究。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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