PCB失效原因越來越多，在以前看起來難以發現的問題，現在可以用掃描電子顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析出來。本文介紹了在PCB生產過程中利用SEM&EDS發現的三個較為經典的案例，介紹了該技術在實際解決問題過程中的關鍵作用。

　　PCB在生產過程中難免會出現這樣或那樣的問題，在沒有掃描電子顯微鏡與能譜（SEM&EDS）之前，有些問題由于技術限制，難以找到真正的原因，給PCB失效分析和后續預防此類問題再次發生的工作帶來了很大的困難。本文將根據我司在解決此類問題中的實際經驗，介紹三個較為經典的案例供各位同仁參考和討論。

　　SEM&EDS分析在PCB失效分析中的應用

　　1、PCB在生產過程中的失效分析

　　我司一客戶在化學鎳金的生產過程中，發現有少量孔內沉不上鎳金，經過我司工程師現場跟進處理，改善前處理等均無效果，金相顯微鏡切片分析為點狀露銅，根本找不出問題的根本原因。經我司研發中心電子掃描顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析如下

　　ZAF Method Standardless Quantitative Analysis

　　Fitting Coefficient ： 0.1886

　　Element　　（keV）　　Mass%　　Error%　　Atom%　　Compound　　Mass%　　Cation　　K

　　C K　　　　0.277　　4.66　　　0.04　　　20.12　　　　　　　　　　　　　　　　　0.7974

　　O K　　　　0.525　　1.04　　　0.04　　　3.38　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.0017

　　S K　　　　2.307　　0.40　　　0.03　　　0.64　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.3479

　　Ni K　　　　7.471　　6.46　　　0.12　　　5.71　　　　　　　　　　　　　　　　　7.0770

　　Cu K　　　　8.040　　83.98　　0.16　　　68.62　　　　　　　　　　　　　　　　　87.7347

　　Sn L　　　　3.442　　3.46　　　0.09　　　1.51　　　　　　　　　　　　　　　　　3.0412

　　Total　　　　　　　　100.00　　　　　　　100.00

　　從上述檢測報告中不難看出，EDS分析顯示在露銅處發現有錫，并且占3.46%，重復分析依舊如此，原來是孔銅上粘附有錫導致化學鎳金中沉不上鎳金。在發現了問題的根源所在后，我們很容易分析到：在PCB制作過程中有錫的地方只有電鍍純錫保護線路鍍層及表面處理熱風整平（HAL），而該板并不是經過噴錫的返工板，故可以判定該板在蝕刻退錫過程中有孔內退錫不凈的現象發生，從而導致孔內有錫殘留沉不上鎳金。

　　退錫不凈的現象在PCB生產過程中常有發生，對于普通的噴錫（HAL）表面處理的板影響并不是很大，但對于化學鎳金板的影響是致命的，在退錫后檢驗退錫是否干凈是不可忽略的一道工序。

　　2、PCB在SMT貼片過程中的失效分析

　　我司一客戶的化學鎳金板在客戶SMT貼片時被其客戶整批退回，原因是在SMT貼片后發現其中一個批次的板有孔壁分離的現象，導致整批退貨。

　　經分析，該批次的板在貼片前和貼片后均有部分孔有發生孔壁分離的現象，故可排除其客戶在SMT貼片過程中的影響因素。

　　下面是其SMT貼片客戶提供的金相顯微鏡圖片：

　　從圖片上來看，有點狀的凸起處明顯分層，應該是孔壁有粘附物導致孔銅與孔壁分離，從分布來看，該污染物有點狀的也有面狀的。故從該切片圖片來看，只能判定是該板在鉆孔或是在PTH中受到外來污染，但究竟為何物有如此大的能耐？在我司研發中心電子掃描顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析下原形畢露。

　　請看如下分析報告：

　　ZAF Method Standardless Quantitative Analysis

　　Fitting Coefficient ： 0.1945

　　Element　　（keV）　　Mass%　　　Error%　　　Atom%　　Compound　Mass%　Cation　　K

　　C K　　　　0.277　　　7.82　　　0.42　　　　12.53　　　　　　　　　　　　　　　1.1049

　　O K　　　　0.525　　　44.59　　　0.30　　　53.63　　　　　　　　　　　　　　　51.8657

　　Al K　　　　1.486　　　43.86　　0.17　　　　31.28　　　　　　　　　　　　　　　44.4822

　　Si K　　　　1.739　　　3.73　　　0.28　　　　2.56　　　　　　　　　　　　　　　2.5472

　　Total

　　從該分析報告中可以看出，鋁元素在局部某點的含量高達43.86%，同時取該板材做EDS分析，未發現有鋁元素。故可以判定，該批板在鉆孔工序或PTH工序受到外來污染。首先查看PTH生產現場和各藥水均正常，排除在PTH中發生問題的可能，而在鉆孔工序發現有員工操作不規范，從而導致鋁片蓋板中的鋁經由鉆咀帶入，留在孔內所致。

　　怎樣有效避免操作不當導致鋁片蓋板中的鋁經由鉆咀帶入到孔壁并殘留在孔里呢？經現場多次實驗證實：在鉆機本身各參數正常的情況下，吸塵真空度達不到要求時，發生的機率較大，所以保證鉆房吸塵真空度能有效預防鋁片蓋板中的鋁經由鉆咀帶入到孔壁并殘留，是這一問題的有效解決方法。

　　3、PCB在化學鎳金后可焊性不良分析

　　接到我司一客戶反饋，我司化學鎳金藥水生產出來的板有部分可焊性不良。接到問題后，我司客戶服務工程師立即趕赴生產現場，發現在線兩個小批量的板有此現象，其它的板均正常。于是，取可焊性不良的板在金相顯微鏡下觀察，觀察后發現金面上有麻點，在未做化學鎳金的板面上也有類似白色的麻點。于是，工程師懷疑為來料問題，但無法判斷具體是什么物質導致。通過我司研發中心電子掃描顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析，使問題浮于水面：

　　ZAF Method Standardless Quantitative Analysis

　　Fitting Coefficient ： 0.1992

　　Element　　（keV）　　Mass%　　Error%　　Atom%　　Compound　　Mass%　　Cation　　K

　　C K　　　　0.277　　19.16　　0.05　　　33.39　　　　　　　　　　　　　　　　　5.4861

　　O K　　　　0.525　　38.10　　0.08　　　49.83　　　　　　　　　　　　　　　　　42.3140

　　Na K　　　　1.041　　1.86　　0.13　　　1.69　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.8685

　　P K　　　　2.013　　0.94　　　0.05　　　0.64　　　　　　　　　　　　　　　　　1.0866

　　Cl K　　　　2.621　　0.63　　0.04　　　0.37　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.8196

　　K K　　　　3.312　　1.12　　　0.06　　　0.60　　　　　　　　　　　　　　　　　1.5480

　　Ni K　　　　7.471　　33.47　　0.22　　　11.93　　　　　　　　　　　　　　　　　42.2353

　　Cu K　　　　8.040　　4.71　　　0.29　　　1.55　　　　　　　　　　　　　　　　　5.6419

　　Total　　　　　　　　100.00　　　　　　100.00

　　從以上數據分析不難發現，此問題的產生主要為外來物粘附于板面造成。追溯當天防焊生產記錄和生產狀況得知，防焊車間在下班前兩小時已停水，而其中幾款板因特急趕板，在顯影機無進水的情況下勉強生產，顯影水洗過臟導致顯影液粘附于板面，從而導致可焊性不良。從上述EDS分析中也可以證實，其表面麻點結晶物主要為碳酸鈉。

　　要解決此一問題，要求PCB工廠切忌在異常情況下生產，特別是在停水時，不可因為特急趕板而繼續生產，以免造成不必要的損失。其問題的歸納也為操作問題導致。

　　在PCB生產過程中發生的種種問題，大都產生于操作過程中。而問題根源的查找，采用傳統的手法往往不能發現問題的根源，從而不能達到預防問題再次發生之目的。經過電子掃描顯微鏡與能譜（SEM&EDS）分析能夠更好的幫助我們分析PCB在生產制作過程中發生失效的根本原因，從而達到找出問題發生的根本原因以及預防問題再次發生的目標。
編輯：YYX