有一类焊盘的镀层既无污染又无明显的腐蚀或氧化，但其就是不能被焊料很好的润湿，造成这类问题的原因一时难以分析清楚，给smt贴片打样厂商带来许多困扰。本文将就此类非典型问题展开研究，并通过一个案例来介绍这一分析解决问题的思路与方法。下面众焱电子小编将接着《非典型的焊盘原因导致的焊接不良案例分析》一文中的内容继续讲解分析。
5、光电子能谱分析
通过SEM与EDS的分析，发现焊盘的表面处理没有明显的结构或成分的异常，虽然也发现润湿不良的焊盘的镍镀层有一定的裂纹，增加了被氧化的机会，但镍并没有明显的氧化或腐蚀迹象；通过回流后的切片看，即使在有裂纹的地方焊锡也发生了一定程度的润湿。因此，为进一步发现导致焊盘不良润湿的深层次原因，本文再采用X射线光电子能谱（XPS）技术分析焊盘表面的元素分布。使用的仪器型号镍层裂缝为Kratos Axis Ultra，利用X射线光电子能谱在表面分析以及元素纵向分布的高灵敏度优势，对未焊接的清洗后PCB焊盘表面进行元素深度分布分析。
结果发现，所检测的焊盘浅表面存在10.2wt％的镍（Ni）元素，且在用氩离子束对镀层表面蚀刻3分钟后（到达纵向深度约15nm），镍元素含量随着蚀刻时间（深度）的增加而明显增加。很明显，本应当是纯金镀层的焊盘的非常浅表面都有镍元素存在，这意味着本应该在50nm金镀层以下的镍镀层中的镍扩散到了金的表面（注：XPS分析的焊盘金镀层没有发现裂纹）。
三、分析与讨论
对PCB清洗前后的空焊盘进行可焊性测试，发现均存在明显的不润湿和反润湿现象，焊盘可焊性不符合标准IPC-J-STD-003B的TESTC1项的技术要求，表明上锡不良不非因焊盘表面污染造成。用SEM/EDS对失效样品进行分析，发现上锡不良主要表现为焊料对PCB焊盘严重润湿不良。所检焊点引脚一侧焊接界面可见均匀连续且厚度适中的IMC层，表明焊接工艺不存在问题。所检smt焊盘一侧焊接界面IMC层不连续，且焊盘镍镀层普遍存在微小裂缝，但尚未能充分证明焊盘的不良由此引起。
进而对PCB空焊盘以及焊接后的焊盘表面进行SEM/EDS分析显示，焊盘表面均存在明显开裂，但没有发现镍镀层表面有明显的腐蚀或氧化现象，对镀层厚度的检测还发现金镀层的厚度符合有关标准的要求。
进一步采用X射线光电子能谱仪对PCB空焊盘以及焊接不良焊盘表面进行元素深度分布分析，结果发现焊盘非常浅的表面均存在镍元素，表明镍元素在焊接之前已扩散到金镀层表面，镍扩散至金镀层而形成的镍金固溶体增加了金元素，在smt贴片打样或加工焊接过程中向焊料内扩散溶解的难度，阻慢了焊锡浸润焊盘表面的过程，严重的甚至导致回流焊后镀金层仍然存在，外观检查的结果也证实了这个推理。只要焊盘表面的金镀层没有溶解，真正良好的锡镍合金焊点就无法形成。此外，镍扩散至金镀层表面还增加其氧化的机会，连同镍金固溶体的在焊锡中的难熔解性，严重降低smt焊盘的可焊性，导致最终焊接不良的发生。
根据扩散过程动力学原理，镍扩散的发生跟温度和时间有很大的关系。因此，加强在化学镀金的工艺过程中工艺控制，以及产品的贮存环境与时间的控制都需要严加考虑。
四、结论
对于润湿不良且无明显的氧化污染或被腐蚀的特征的非典型焊盘，业界一直找不到真正的原因。本文通过引入光电子能谱（XPS）的表面分析手段，对润湿不良的焊盘的表面化学物质组成及其深度分布进行了分析，结果发现镍镀层中镍的扩散至金表面，导致了焊盘可焊性的急剧下降。最终揭示导致使用该焊盘进行焊接而引起的焊接不良的主要原因，为下一步避免或控制类似问题提供了改进的依据。
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