印制板及其組件(PCB&PCBA)是電子產品的核心部件，PCB&PCBA的可靠性直接決定了電子產品的可靠性。為了保證和提高電子產品的質量和可靠性，對失效進行全面的理化分析，確認失效的內在機理，從而有針對性地提出改善措施。
電子元器件失效分析的目的是借助各種測試分析技術和分析程序確認電子元器件的失效現象，分辨其失效模式和失效機理，確認最終的失效原因，提出改進設計和制造工藝的建議，防止失效的重復出現，提高元器件可靠性。
集成電路復雜度與性能要求的持續攀升，疊加設計、制造、封裝及應用環節的潛在風險，導致短路、開路、漏電、燒毀、參數漂移等關鍵失效模式頻發。這不僅造成昂貴的器件報廢與系統宕機，更常引發設計方、代工廠、封測廠與終端用戶間的責任爭議，帶來重大經濟損失與信譽風險。
高分子材料性能要求持續提升，而客戶對高要求產品及工藝的理解差異，導致斷裂、開裂、腐蝕、變色等典型失效頻發，常引發供應商與用戶間的責任糾紛及重大經濟損失。
金屬構件服役環境日益苛刻，對材料性能和結構可靠性提出更高要求。然而，設計缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不當使用等因素，極易引發疲勞斷裂、應力腐蝕開裂、氫脆、蠕變、磨損、過載變形等典型失效。
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掌握這種失效分析思路，新手工程師也能精準鎖定PCB上錫不良根源
發布時間： 2025-09-25 00:00
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PCB表面處理工藝的多元化，滿足了日益復雜的PCB組裝焊接要求的同時，也出現了很多兼容性問題， 其中，PCB焊盤上錫不良就是常見的問題之一。

某PCB在組裝生產過程中焊盤出現明顯的上錫不良現象，本文將通過形貌觀察、表面分析、切片分析、驗證分析等一系列專業的檢測分析，分析PCB上錫不良的失效原因與失效機理，并提出改善建議。

1.外觀檢查

對焊盤上錫不良位置進行外觀檢查發現，NG PCBA多處焊盤位置明顯發現上錫不良現象，表現為焊盤潤濕不良、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結果顯示，上錫不良位置未發現異常元素存在；上錫不良位置發現較多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，未發現明顯焊錫殘留，與表面觀察結果一致。鍍層放大后，未發現明顯鎳腐蝕現象，排除鎳層腐蝕對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象，未發現異常元素存在。

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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

 為了確認上錫不良焊盤及PCB焊盤極表面成分狀況，現通過AES對上錫不良焊盤、PCB光板焊盤進行測試，結果發現：

金層表面已經存在較高含量的鎳，高鎳的存在影響了金層化學特性。

金/鎳互溶的直接影響有兩點：

①元素金的化學特性消失，改變了鍍層表面能，降低其潤濕力；

②鎳原子向金層中擴散導致鎳原子與氧氣接觸的概率增大，氧化鎳本身可焊性差，進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測試結果（At.%）

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（備注：濺射深度參照硅片濺射速度進行計算得出，故數據結果與實際深度有偏差。）


表2.PCB光板焊盤表面AES測試結果（At.%）

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（備注：濺射深度參照硅片濺射速度進行計算得出，故數據結果與實際深度有偏差。）


6.不良焊盤上錫性驗證

不良焊盤經過酒精清洗并浸錫后，焊盤仍存在上錫不良現象，這側面證實了AES分析結果的正確性，即焊盤金層的金鎳互溶嚴重影響可焊性，這種不良無法通過清洗或者改變焊接條件來得到優化。

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圖7.上錫不良位置浸錫前后照片對比


7.PCB上錫性驗證

PCB光板浸錫后，發現部分焊盤上錫不良現象，同樣表現為金層未溶入焊錫，與PCBA失效現象一致。

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圖8.PCB光板焊盤浸錫后照片


8.總結與建議

結論：ENIG 焊盤上錫不良的原因為PCB焊盤金層內含有較高含量的鎳，金鎳互溶導致焊盤表面潤濕能力降低。


建議：

      1.優化PCB物料來料質量管控，增加可焊性測試；

      2.監控鍍金槽內的鎳離子含量，防止鎳含量超標；

       3.適當增加金層有效厚度，具體參見IPC標準。


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