无铅喷锡PCB板发黄原因分析

案例背景

客户反馈其生产的PCB板出货后，经过回流焊会出现焊盘发黄现象，要求针对不良品进行分析，委托成都检测中心查找发黄原因；

分析步骤：

1.异常样品表面观察

2.PCB表面发黄原因分析

方案一：**溶剂清洗实验+表面成分分析

方案二：酸洗实验

3.发黄现象重现—模拟回流焊实验

4.结果分析&改善建议

1、异常表面样品观察

客户送测的PCB，3月份生产，储存至今未见发黄（左图）。经一次回流焊实验后，即出现焊盘发黄。PCB两面均有发黄产生，无明显差异，亦无明显规律性。

2、PCB发黄原因分析

未发黄样品（左）表面成分：

Spectrum   C        O        Sn           Total

1              2.17  5.87  91.97           100.00

2              2.34  5.56  92.10           100.00

3              2.31  4.87  92.82           100.00

4              2.19  5.12  92.69           100.00

All results in weight%

发黄样品（右）表面成分:

Spectrum   C        O        Sn      Total

1        2.17  5.87  91.97           100.00

2        2.34  5.56  92.10           100.00

3        2.31  4.87  92.82           100.00

4        2.19  5.12  92.69           100.00

All results in weight%

小结：PCB表面未发现明显异常元素；参考成分分析结果及有关文献，推测焊料为市面常见的Sn-0.6Cu-xNi合金（Sn100CL），焊盘发黄可能和锡表面氧化或者**物污染有关，故采用两种验证方案。

1

方案一：**溶剂清洗实验+表面成分分析

**溶剂清洗流程：

1.异丙醇+声波清洗15min

2.酒精声10min

3.纯净水声10min

4.气枪吹干

清洗前（左）和清洗后（右）对比图

Spectrum   C        O        Sn      Total

1        2.17  5.87  91.97           100.00

2        2.34  5.56  92.10           100.00

3        2.31  4.87  92.82           100.00

4        2.19  5.12  92.69           100.00

小结：发黄PCB经**溶剂清洗后表面仍发黄；进行表面EDS成分分析，未见明显异常元素，排除表面**污染的影响，推测焊盘发黄与锡表面氧化有关。

2

方案二：酸洗实验

1.使用5%稀盐酸+声波清洗10s

2.酒精声10min

3.纯净水声10min

4.气枪吹干

3、发黄现象重现—模拟回流焊实验

实验回流焊曲线(峰值温度：242℃;TOL回流时间：68s)

小结：对送测PCB分别在氮气炉和普通炉中进行模拟回流焊实验。氮气炉中氧含量74ppm。

模拟回流焊实验

情况一：

未经处理样品分别经过氮气回焊炉（氧含量74ppm）和普通回焊炉（空气气氛）两种模拟结果，氮气回焊炉（左图）模拟后出现轻微发黄，普通回焊炉（右图）模拟后结果发黄明显。

情况二：

经过5%稀盐酸清洗样品同意进行氮气回焊炉（氧含量74ppm）和普通回焊炉（空气气氛）两种模拟测试，氮气回焊炉（左图）模拟后未出现发黄，普通回焊炉（右图）模拟两次过炉后结果未出现发黄。

小结：实验结果表明，PCB发黄可能和焊锡表面氧化层出一定厚度有关。

4、结果分析&改善建议

结果分析：

经表面成分分析及清洗实验后发现，发黄PCB表面未发现明显污染元素，初步排除表面**污染的影响；

经清洗实验及模拟回流焊实验，推测PCB发黄是由于表面氧化层出一定厚度导致；如有必要，建议用XPS设备对氧化层厚度、表面元素分布和氧含量做进一步分析。

PCB板经稀盐酸清洗后，经过两次普通回焊炉未发现发黄现象。

改善建议：

对无铅喷锡焊料中的抗氧化成分进行严格管控，如Ge元素，当Ge含量＞50ppm时，可抑制高温后Sn焊盘变色。