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，较终被完全腐蚀断开。

线路腐蚀点表面成分分析

——SEM+EDS

    将线路腐蚀较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。

优尔鸿信四川成都检测中心成立了的失效分析团队，为集团各单位解决了在生产过程中出现的各类失效问题，提高了产品的质量、良率，为产品生产制造节约了大量成本，多年来，累计了丰富的失效分析经验，可提供金属材料及零部件失效分析、电子产品及零组件失效分析、高分子材料失效分析、PCB/PCBA失效分析等失效分析服务。