印制板及其組件(PCB&PCBA)是電子產(chǎn)品的核心部件，PCB&PCBA的可靠性直接決定了電子產(chǎn)品的可靠性。為了保證和提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，對(duì)失效進(jìn)行全面的理化分析，確認(rèn)失效的內(nèi)在機(jī)理，從而有針對(duì)性地提出改善措施。
電子元器件失效分析的目的是借助各種測試分析技術(shù)和分析程序確認(rèn)電子元器件的失效現(xiàn)象，分辨其失效模式和失效機(jī)理，確認(rèn)最終的失效原因，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造工藝的建議，防止失效的重復(fù)出現(xiàn)，提高元器件可靠性。
集成電路復(fù)雜度與性能要求的持續(xù)攀升，疊加設(shè)計(jì)、制造、封裝及應(yīng)用環(huán)節(jié)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致短路、開路、漏電、燒毀、參數(shù)漂移等關(guān)鍵失效模式頻發(fā)。這不僅造成昂貴的器件報(bào)廢與系統(tǒng)宕機(jī)，更常引發(fā)設(shè)計(jì)方、代工廠、封測廠與終端用戶間的責(zé)任爭議，帶來重大經(jīng)濟(jì)損失與信譽(yù)風(fēng)險(xiǎn)。
高分子材料性能要求持續(xù)提升，而客戶對(duì)高要求產(chǎn)品及工藝的理解差異，導(dǎo)致斷裂、開裂、腐蝕、變色等典型失效頻發(fā)，常引發(fā)供應(yīng)商與用戶間的責(zé)任糾紛及重大經(jīng)濟(jì)損失。
金屬構(gòu)件服役環(huán)境日益苛刻，對(duì)材料性能和結(jié)構(gòu)可靠性提出更高要求。然而，設(shè)計(jì)缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不當(dāng)使用等因素，極易引發(fā)疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕開裂、氫脆、蠕變、磨損、過載變形等典型失效。
美信檢測以海量失效數(shù)據(jù)庫構(gòu)建技術(shù)優(yōu)勢，全譜系案例、復(fù)雜場景方案、頭部企業(yè)合作及體系化知識(shí)產(chǎn)權(quán)，各展其能。憑借百萬級(jí)失效解析積累，精準(zhǔn)洞察本質(zhì)，讓檢測報(bào)告為客戶質(zhì)量升級(jí)提供有力支撐，實(shí)現(xiàn)失效歸零。
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掌握這種失效分析思路，新手工程師也能精準(zhǔn)鎖定PCB上錫不良根源
發(fā)布時(shí)間： 2025-09-25 00:00
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PCB表面處理工藝的多元化，滿足了日益復(fù)雜的PCB組裝焊接要求的同時(shí)，也出現(xiàn)了很多兼容性問題， 其中，PCB焊盤上錫不良就是常見的問題之一。

某PCB在組裝生產(chǎn)過程中焊盤出現(xiàn)明顯的上錫不良現(xiàn)象，本文將通過形貌觀察、表面分析、切片分析、驗(yàn)證分析等一系列專業(yè)的檢測分析，分析PCB上錫不良的失效原因與失效機(jī)理，并提出改善建議。

1.外觀檢查

對(duì)焊盤上錫不良位置進(jìn)行外觀檢查發(fā)現(xiàn)，NG PCBA多處焊盤位置明顯發(fā)現(xiàn)上錫不良現(xiàn)象，表現(xiàn)為焊盤潤濕不良、焊盤露金異常。

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圖1.上錫不良焊點(diǎn)外觀檢查照片

2.表面分析

上錫不良焊盤表面形貌未見明顯污染和鎳腐蝕異常；EDS結(jié)果顯示，上錫不良位置未發(fā)現(xiàn)異常元素存在；上錫不良位置發(fā)現(xiàn)較多Au元素存在，即焊盤Au層未溶入焊錫。

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圖2.上錫不良焊盤清洗后SEM圖片及EDS能譜圖

3.剖面分析

上錫不良位置表面平整，未發(fā)現(xiàn)明顯焊錫殘留，與表面觀察結(jié)果一致。鍍層放大后，未發(fā)現(xiàn)明顯鎳腐蝕現(xiàn)象，排除鎳層腐蝕對(duì)焊盤上錫不良的影響；其他正常焊盤焊接未見異常。

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圖3.NG PCBA焊點(diǎn)切片后截面形貌觀察形貌及EDS能譜圖


4.PCB光板分析

PCB焊盤表面形貌未見明顯污染與鎳腐蝕現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)異常元素存在。

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圖4.PCB光板焊盤表面形貌及EDS譜圖


剖面分析：PCB焊盤切片后，鍍層未見鎳腐蝕異常；EDS結(jié)果顯示，Ni層P含量屬正常范圍。

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圖5.PCB光板焊盤剖面形貌及EDS譜圖


5.AES分析

 為了確認(rèn)上錫不良焊盤及PCB焊盤極表面成分狀況，現(xiàn)通過AES對(duì)上錫不良焊盤、PCB光板焊盤進(jìn)行測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

金層表面已經(jīng)存在較高含量的鎳，高鎳的存在影響了金層化學(xué)特性。

金/鎳互溶的直接影響有兩點(diǎn)：

①元素金的化學(xué)特性消失，改變了鍍層表面能，降低其潤濕力；

②鎳原子向金層中擴(kuò)散導(dǎo)致鎳原子與氧氣接觸的概率增大，氧化鎳本身可焊性差，進(jìn)一步惡化鍍層可焊性。

 PCB光板：PCB焊盤表面檢測到Ni元素；測試結(jié)果顯示，純金層厚度偏薄。（備注：C的峰極其微小，但是C的靈敏度很高，極其微小的C，峰也能出來。）


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圖6.AES測試位置

表1.PCBA不良焊盤表面清洗后AES測試結(jié)果（At.%）

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（備注：濺射深度參照硅片濺射速度進(jìn)行計(jì)算得出，故數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)際深度有偏差。）


表2.PCB光板焊盤表面AES測試結(jié)果（At.%）

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（備注：濺射深度參照硅片濺射速度進(jìn)行計(jì)算得出，故數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)際深度有偏差。）


6.不良焊盤上錫性驗(yàn)證

不良焊盤經(jīng)過酒精清洗并浸錫后，焊盤仍存在上錫不良現(xiàn)象，這側(cè)面證實(shí)了AES分析結(jié)果的正確性，即焊盤金層的金鎳互溶嚴(yán)重影響可焊性，這種不良無法通過清洗或者改變焊接條件來得到優(yōu)化。

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圖7.上錫不良位置浸錫前后照片對(duì)比


7.PCB上錫性驗(yàn)證

PCB光板浸錫后，發(fā)現(xiàn)部分焊盤上錫不良現(xiàn)象，同樣表現(xiàn)為金層未溶入焊錫，與PCBA失效現(xiàn)象一致。

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圖8.PCB光板焊盤浸錫后照片


8.總結(jié)與建議

結(jié)論：ENIG 焊盤上錫不良的原因?yàn)镻CB焊盤金層內(nèi)含有較高含量的鎳，金鎳互溶導(dǎo)致焊盤表面潤濕能力降低。


建議：

      1.優(yōu)化PCB物料來料質(zhì)量管控，增加可焊性測試；

      2.監(jiān)控鍍金槽內(nèi)的鎳離子含量，防止鎳含量超標(biāo)；

       3.適當(dāng)增加金層有效厚度，具體參見IPC標(biāo)準(zhǔn)。


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