No.054 采用HASL-Sn（SnPb）工艺的PCB储存一年后涂层发黄

1.现象描述及分析

（1） 现象描述

某产品采用HASL-Sn（SnPb）工艺的PCB，入库验收时未发现有不良，但在库房储存一年后，发现HASL-Sn（SnPb）涂层发黄，如图No.054-1所示。由图可知，可焊性很差，虚焊率非常高。

（2） 现象分析

对样品进行SEM/EDX分析，SEM/EDX分析元素成分如图No.054-2所示。从该图中可知：

● 谱图1是贴近镀Sn层表面的采样点，元素成分Cu已高达27.11wt%；

● 纯Sn（SnPb）层已经不存在，涂层表面已经出现了Cu。

2.形成原因及机理

（1） 形成原因

导致HASL-Sn（SnPb）涂层在储存一年后涂层表面发黄的原因是铜导体上的铜原子已经扩散至Sn的表面，使原纯Sn（SnPb）镀层演变为铜锡金属间化合物层，即Cu₆ Sn₅层。这样不仅使得涂层表面颜色变黄，而且由于Cu₆ Sn₅存在可焊性不良的缺陷，故焊接时不容易被焊料润湿，从而导致大面积的不润湿和反润湿，造成虚焊现象丛生。

（2） 形成机理

金属间化合物的生长速度是温度和时间的指数函数，并按指数n （这里， n=1或1/2）上升。在特定的焊料/基片系统和使用环境 （时间和温度） 条件下，金属间化合物层能够在超过组件寿命时间内继续生长。可以变得非常厚 （超过20μm）。图No.054-3描述了在室温下的各种Su-P b镀层合金层的生长速度。

在Cu焊盘上预涂Sn或SnPb可熔性涂层，本来是为了保持可焊性的，但因其所形成的金属间化合物层若过分地固态生长，将导致可焊性不足或丧失。金属间化合物层会消耗很薄的Sn层或SnP b焊料层。

从图No.054-2 SEM/EDX分析中可知：本案例用于保护和维持良好可焊性的纯Sn 层或者纯SnPb层均已消耗殆尽，已有3.10wt%的Cu元素已扩散至涂层表面，并以氧化亚铜的形式存在于涂层的表面，从而导致了涂层表面发黄和可焊性不良甚至丧失的缺陷。

3.解决措施

（1） PCB制造方

① 修改现有的HASL-Sn （SnP b）涂层的最小厚度，由0.8μm增加到≥1μm。

② 严格控制HASL-Sn （SnP b）工艺的温度和时间，切不可温度过高和时间过长。

③ 改善操作环境和中间存放条件，不可滥用烘烤程序。

（2） 用户方

① 必须严格执行PCB产品6个月储存期要求，避免超期使用。

② 改善储存环境条件，加强物料管理和计划性。

③ 对来料，除在不得已的情况下 （例如吸潮了），尽量不要滥用烘烤程序。