镍面、二次铜等样品中镀层表面分析检测方案(扫描电镜)

飞纳电镜·数秒遍览微观世界 飞纳台式扫描电镜在 PCB 行业的应用 印刷电路板( Printed Circuit Board， 简称PCB)，是电子元件的母体，将各种元件等予以导通，组合形成系统成品。PCB 工艺已经发展数十年，但近年来，随着终端产品日趋轻薄短小， PCB 层数越来越多，特别是近年来随着环保的要求，对PCB 提出了无铅工艺，使得PCB 组装时需要的温度更高，PCB失效的情况更为常见。因此 PCB 的可靠性研究与缺陷分析越来越受到高度重视。下面以几种常见分析为例，讲解飞纳台式扫描电镜在 PCB 行业的应用。 一、镀层表面分析 镍金镀层是一种较为成熟的表面处理工艺，但是在实际生产中也会碰到诸多可焊性问题。影响镍金镀层可焊性的成因有很多比如镍腐蚀，表面污染等等借助 SEM & EDS 对焊锡不良的 PCB 表面做成像及元素分析，可以很好对焊锡不良成因进行研究。 图1分别展示了正常镍面和三种常见会引起可焊性问题的镍面缺陷：表面污染、孔洞、裂纹。 上海|| 浦东新区丨张江高科技园区丨科苑路88号丨德国中心E座501-503室 飞纳电镜·数秒遍览微观世界 图1飞纳台式扫描电镜下的镍面观察左(上)为正常镍面；右(上)为杂质污染镍面； 左(下)为有腐蚀空洞镍面；右(下)为存在裂纹镍面； 在表面形貌分析中，飞纳台式扫描电镜可以有效效用高、低电压分别成像，判断污染物到底是因为外来缺陷还是因为镀层未镀上。在某案例中，成像发现在金手指区域存在大面积镀层异常区，通过改变加速电压 5kv、10kv、15kv分别进行成像，如图2所示，发现随着穿透深度的深入，异常区黑色逐渐变淡，说明此处为厚度很薄的一层污染物。 图2飞纳台式扫描电镜不同加速电压下的结果图左： 5kv；中： 10kv；右： 15kv 随后又使用飞纳台式扫描电镜能谱一体机对表面杂质进行分析。图3，图4分别为黑色污染区和正常金手指区能谱结果。通过对比可以看出，黑色污染区存在大量 Cu、C和O元素。用户可以根据元素组分反推出污染物来源。 图3飞纳台式扫描电镜能谱一体机黑异常黑色污染区能谱结果 上海|浦东新区丨张江高科技园区丨科苑路88号丨德国中心E座501-503室 .数秒遍览微观世界 图4飞纳台式扫描电镜能谱一体机正常金手指区域能谱结果 二、镍金镀层面截分析 无论是在 SMT 还是 Bonding 工艺中，镀层的厚度都是影响器件最终性能的重要因素。通过金相制样的方法取样、镶嵌、切片、抛磨、氩离子研磨，获得 PCB 横截面结构。使用飞纳台式扫描电镜进行观察，可以得到反映 PCB 镀层厚度的图片，并测量出镍、金层的厚度，如图5所示。为下一步的质量改进提供很好的依据。结合飞纳电镜能谱 EDS 面扫，可以获得元素的分布情况，如图6所示。 飞纳台式科学仪器(上海)有限公司·飞纳中国 上海|浦东新区|张江高科技园区丨科苑路88号德德国中心E座501-503室 图5飞纳台式扫描电镜图层厚度的测量镜 图6飞纳台式扫描电镜能谱一体机能谱 EDS 面扫结果 ( 飞纳台式科学仪器(上海)有限公司·飞纳中国 ) ( 上海丨浦东新区丨张江高科技园区丨科苑路88号丨 德 德国中心E座501-503 室 ) 三、锡须的观察 出于环保的需要，许多国家限制电子产品中重金属的使用。作为重金属，铅的使用受到严格限制，但无铅化却会影响产品质量及可靠性，其中最重要的一个影响就是锡须生长。锡须的生长可能会引起短路，进而引起元件故障，甚至可能导致整个设备的故障。因此，控制锡须生长是改善产品质量的关键。利用飞纳台式扫描电镜能对锡须进行快速而有效的观察，实现质量控制或者生长机理研究。图7为飞纳电镜拍摄的锡须的扫描电镜照片。 图7飞纳台式扫描电镜下锡须的观察结果 四、一次铜、二次铜连接质量检查 观察一次铜、二次铜连接的优劣情况属于难度较大的测试项目，需要借助离子研磨，对表面进行精细抛光。抛光后的样品可以看到铜的晶粒，同时连接面的缺陷也能得以良好表征。使用飞纳台式扫描电镜可以进行对一次铜、二次铜的连 ( 上海|| 浦东新区丨张江高科技园区丨科苑路88号丨德国中心E座501-503室热线||400-857-8882 www.phenom-china.com|service@phenom-china.com ) 接情况观察，如图8所示，左图为存在缺陷的连接面，右图连接状态良好的连接面。 图8飞纳台式扫描电镜下一次铜、二二次铜连接观察左图为存在缺陷的连接面，右图为连接状态良好的连接面 总结：飞纳台式扫描电镜成像速度快、质量高，且其配置使用高亮度的 CeB6灯丝和能获得信号充足成像的背散射探头，并能利用能谱进行元素分析，是进行PCB 可靠性研究与缺陷分析的绝佳选择! 飞纳台式科学仪器(上海)有限公司·飞纳中国 上海|浦东新区|张江高科技园区丨科苑路88号|德德国中心E座 501-503 室 飞纳台式科学仪器(上海)有限公司·飞纳中国热线|ww.phenom-china.com|service@phenom-china.com 飞纳台式科学仪器(上海)有限公司·飞纳中国上海|| 浦东新区丨张江高科技园区丨科苑路丨德国中心E座热线|ww.phenom-china.com|service@phenom-china.com 印刷电路板（Printed Circuit Board，简称PCB），是电子元件的母体，将各种元件等予以导通，组合形成系统成品。PCB 工艺已经发展数十年，但近年来，随着终端产品日趋轻薄短小， PCB 层数越来越多，特别是近年来随着环保的要求，对 PCB 提出了无铅工艺，使得 PCB 组装时需要的温度更高，PCB失效的情况更为常见。因此 PCB的可靠性研究与缺陷分析越来越受到高度重视。下面以几种常见分析为例，讲解飞纳台式扫描电镜在 PCB 行业的应用。 一、镀层表面分析 镍金镀层是一种较为成熟的表面处理工艺，但是在实际生产中也会碰到诸多可焊性问题。影响镍金镀层可焊性的成因有很多，比如镍腐蚀，表面污染等等，借助 SEM & EDS 对焊锡不良的 PCB 表面做成像及元素分析，可以很好对焊锡不良成因进行研究。图1分别展示了正常镍面和三种常见会引起可焊性问题的镍面缺陷：表面污染、孔洞、裂纹。图1 飞纳台式扫描电镜下的镍面观察 左（上）为正常镍面；右（上）为杂质污染镍面；左（下）为有腐蚀空洞镍面；右（下）为存在裂纹镍面；