台式扫描电镜在 PCB 行业的应用
2016 国际线路板及电子组装华南展览会（12.7-12.9）正如火如荼的在深圳会展中 心举 行，飞纳电镜响应展会的号召，为大家奉上这篇飞纳台式扫描电镜在 PCB 行业的应用帖。
印刷电路板（Printed Circuit Board，简称为 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，讲解飞纳电镜在 PCB 行业的应用。
01 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，借助于 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。
下图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。
左上为正常镍面；右上为镍面杂质污染
左下为镍面有腐蚀空洞；右下为镍面存在裂纹
在表面形貌分析中，飞纳电镜可以有 效利用高、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，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。
左：5 kv；中：10 kv；右：15 kv
随后又使用能谱对表面杂质进行分析。下图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。
上图，异常黑色污染区能谱结果
下图，正常金手指区域能谱结果
02 镍金镀层截面分析
无论是在 SMT 还是 Bonding 工艺中，镀层的厚度都是影响器件性能的重要因素。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，结果如下图 1 所示，这为下一步的质量改进提供很好的依据。结合能谱 EDS 面扫，可以获得元素的分布情况，如下图 2 所示。
图 1. 图层厚度的测量
图 2.能谱 EDS 面扫结果
03 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，其中很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。下图为飞纳电镜拍摄的锡须的扫描电镜照片。
锡须
04 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对一次铜、二次铜的连接情况观察，如下图所示，左图为存在缺 陷的连接面，右图连接状态良好的连接面。
左图存在缺 陷的连接面， 右图为连接状态良好的连接面
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