符合IPC標(biāo)準(zhǔn)仍失效？90%工廠都忽視的OSP膜厚耐受漏洞

NG PCBA多數(shù)波峰焊點(diǎn)孔環(huán)表面存在明顯上錫不良現(xiàn)象，呈現(xiàn)退潤(rùn)濕及不潤(rùn)濕特征；不潤(rùn)濕位置呈現(xiàn)OSP膜層顏色，疑似OSP膜層未被去除。

圖1.NG PCBA上錫不良波峰焊點(diǎn)外觀檢查照片

2.表面分析

潤(rùn)濕不良位置表面平整，表面無明顯焊錫殘留現(xiàn)象；成分分析顯示，潤(rùn)濕不良位置未發(fā)現(xiàn)明顯異常元素存在；Cl元素推測(cè)來自未去除OSP膜層成分，后續(xù)通過其他分析手段進(jìn)一步確認(rèn)。

圖2.NG PCBA波峰焊點(diǎn)潤(rùn)濕不良位置形貌觀察及成分分析

3.剖面分析

潤(rùn)濕不良位置1無明顯焊錫殘留，形貌放大后，局部疑似OSP膜層殘留；

潤(rùn)濕不良位置2 FIB切割后，明顯發(fā)現(xiàn)OSP膜層殘留現(xiàn)象。

圖3.NG PCBA波峰焊點(diǎn)潤(rùn)濕不良位置切片、FIB切割后截面形貌觀察照片

4.OSP膜層成分分析

為了表征OSP有機(jī)膜受熱分解程度及對(duì)比NG批次PCB光板（命名為樣品A）與對(duì)比PCB光板（命名為樣品B）OSP膜層成分是否存在差異，分別對(duì)NG批次PCB光板、對(duì)比PCB光板、二次回流NG批次PCB光板（命名為樣品C）OSP膜層成分進(jìn)行分析，結(jié)果如下。

  如圖4所示，紅外光譜分析結(jié)果顯示：

      ①樣品A OSP膜紅外光譜信息弱，相較于樣品B OSP膜紅外光譜信息弱，表明樣品A OSP膜厚度可能較薄；

      ②樣品C OSP膜紅外光譜中出現(xiàn)了新的N-H官能團(tuán)，表明OSP膜經(jīng)過二次回流可能發(fā)生了結(jié)構(gòu)變化。

圖4.OSP膜層紅外譜圖

 XPS分析結(jié)果顯示：

①三個(gè)樣品孔環(huán)OSP膜表面主要測(cè)到 C/O/N/Cl/Cu/Si 等元素，樣品C表面也測(cè)到少量的Sn；

②三個(gè)樣品表面的Si主要判定為有機(jī)硅、N為有機(jī)氮、Cl的化學(xué)態(tài)包含有機(jī)氯和氯化銅；其中A和B樣品表面的成分比較接近：有機(jī)物有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)（π-π），銅主要為氯化亞銅（CuCl）；而樣品C表面未測(cè)到明顯的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，且有機(jī)物酯類比較明顯，銅主要為氫氧化銅【Cu(OH)2】和氯化亞銅(CuCl)的混合；

③樣品C表面測(cè)到的Sn主要為氧化錫。

圖5. XPS分析譜圖

5.OSP膜厚測(cè)試

對(duì)樣品A、樣品B及樣品C OSP膜層分別進(jìn)行觀察及厚度測(cè)量，結(jié)果如下：

①樣品A與樣品B OSP膜層形貌無明顯差異，但厚度差異明顯；

② 樣品A與樣品C OSP膜層形貌存在明顯差異，樣品C膜層內(nèi)部彌散分布較多顆粒狀物質(zhì)，而樣品A膜層未觀察到該現(xiàn)象；樣品A、樣品C膜層厚度較樣品B膜層厚度，明顯偏小。

圖6. FIB切割后OSP膜層觀察及膜層厚度測(cè)量結(jié)果

6.上錫性驗(yàn)證

為了確認(rèn)二次回流NG批次PCB光板確實(shí)存在上錫不良現(xiàn)象及降低爐溫后上錫性變正常，對(duì)二次回流NG批次PCB光板及降低爐溫后二次回流NG批次PCB光板分別進(jìn)行上錫性驗(yàn)證。

（備注：降低爐溫后回流曲線滿足標(biāo)準(zhǔn)IPC 7530A-2017 群焊工藝溫度曲線指南（再流焊和波峰焊）中無鉛回流溫度要求。）

二次回流NG批次PCB光板浸錫后，多數(shù)通孔孔環(huán)表面發(fā)現(xiàn)明顯潤(rùn)濕不良現(xiàn)象，而降低爐溫后二次回流NG批次PCB光板浸錫后，通孔孔環(huán)潤(rùn)濕完好。

以上結(jié)果表明：當(dāng)爐溫調(diào)低到標(biāo)準(zhǔn)IPC 7530A-2017 群焊工藝溫度曲線指南（再流焊和波峰焊）中無鉛回流溫度要求的范圍內(nèi)時(shí)，NG批次PCB光板上錫正常，即NG批次PCB光板可焊性滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；初始爐溫曲線峰值溫度最高245.3℃，位于標(biāo)準(zhǔn)IPC 7530A-2017 群焊工藝溫度曲線指南（再流焊和波峰焊）中無鉛回流溫度要求的上限。

圖7.降低爐溫后的二次回流爐溫

圖8.初始爐溫下二次回流爐溫

圖9.二次回流NG批次PCB光板浸錫后外觀照片

圖10.降低爐溫后二次回流NG批次PCB光板浸錫后外觀照片

7.錫樣成分測(cè)試分析

分析得出錫樣為錫銀銅合金。對(duì)于波峰焊接錫爐成分，行業(yè)一般采用錫銅合金，以避免通孔孔銅被過度咬蝕，建議錫爐采用錫銅合金，但本案件中錫爐成分不是導(dǎo)致OSP上錫不良的原因。

8.總結(jié)與建議

 對(duì)比NG批次PCB光板與對(duì)比PCB光板FT-IR、XPS及FIB分析結(jié)果可知：二者膜層成分比較接近：有機(jī)物有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)（π-π），銅主要為氯化亞銅（CuCl），但二者膜厚存在明顯差異，前者與后者OSP膜厚平均值分別為225.9nm、585.5nm，即NG批次PCB光板OSP膜厚明顯偏薄，故其相較于對(duì)比PCB光板，耐熱能力偏低。

      綜上所述，二次回流后OSP膜上錫不良的原因包括：

      ①相對(duì)較高的回流溫度；

      ②OSP膜相對(duì)偏薄，耐熱能力相對(duì)偏低。

建議：

      1. 適當(dāng)降低回流峰值溫度，避免OSP膜層承受較高溫度沖擊；

      2. 適當(dāng)增加OSP膜層厚度，提高其耐熱能力。