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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致命枝晶背后：一場由“助焊劑殘留”引發的PCBA失效分析
發布時間： 2025-12-01 00:00
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數字智能與通信技術正飛速前行，而這些創新都建立在穩定、可靠的硬件基礎之上。其中，作為關鍵物理載體的印制電路板組件（PCBA），其健康與可靠性更是一個至關重要且不容有失的工程命題。哪怕是一次微小的焊點短路，也足以讓最先進的系統陷入停滯。本文將深入一起真實的“工業醫院”病例：某電梯控制板因電化學遷移導致焊點間生長出“金屬枝晶”，引發信號紊亂。


通過系統性分析，我們構建了本次失效的完整機理鏈：

 


一、外觀檢查與X-Ray分析

體視顯微鏡下，可清晰觀察到異常焊點間存在典型的枝晶形貌（圖1）。X-Ray透視結果顯示，對應位置存在異常陰影，初步判斷為金屬物質遷移所致（圖2）。

圖1

圖2


二、剝離分析與SEM/EDS測試

剝離異常焊點區域的三防漆后，對PCB側與三防漆側界面分別進行SEM觀察與EDS成分分析。

形貌觀察：在三防漆側界面發現明顯的錫枝晶結構（圖3）。

圖3

成分分析：界面遷移物及焊點周圍異物中均檢測到高含量的Sn元素，PCB側Sn含量高達60.5%~68.2 wt%，三防漆側局部Sn含量甚至達到93.7 wt%（表1）。證實了Sn元素的遷移是導致短路的原因。

表1


三、剖面分析與界面評估

對失效位置進行切片分析，發現：

枝晶生長于三防漆與PCB綠油之間的界面夾層中（圖4）。

圖4

焊點表面存在腐蝕形貌，但三防漆與引腳端部結合界面未見明顯分層，排除了外部水汽侵入的路徑。

這表明導致電化學遷移的水汽主要來源于三防漆涂覆前已被助焊劑殘留吸附并密封的潮氣。


四、FT-IR有機成分分析

對界面遷移異物、焊點周圍白色殘留物、液體助焊劑及三防漆進行FT-IR分析。結果表明：

遷移異物與白色殘留物的有機成分譜圖與助焊劑一致（主要為松香、己二酸等）。

其譜圖與三防漆成分存在顯著差異。

由此確定，界面異物及導致吸濕的殘留物均來源于焊接后的助焊劑殘留。

結論

本次波峰焊點間的電化學遷移，根本原因在于三防漆涂覆前，焊點區域存在嚴重的助焊劑殘留。殘留物吸附潮氣并被三防漆密封，在電場作用下引發了Sn離子的遷移與枝晶生長。

建議

■ 強化焊后清洗：建立并優化焊接后的清洗工藝，確保徹底清除助焊劑殘留，特別是對于引腳間距較小的波峰焊點。建議引入離子污染度測試（如IPC TM-650 2.3.25）進行定量監控。

■ 嚴格控制環境濕度：在PCBA清洗、烘干及三防漆涂覆前的所有周轉和存儲環節，嚴格控制環境濕度，防止PCBA吸潮。

■ 評估三防漆工藝：審核三防漆的涂覆厚度、覆蓋均勻性及與PCB的貼合性，確保其能有效阻隔外部環境，而非密封內部污染物。

■ 物料體系兼容性評估：在項目前期，應對助焊劑與三防漆的兼容性進行評估，優先選用低殘留、低腐蝕性的助焊劑體系。


本病例報告及治療方案僅對該次送檢樣本負責，旨在提供診斷思路。您的設備如有‘不適’，歡迎送至‘工業醫院’進行專業‘體檢’。

你的生產線是否也曾因某個“不起眼”的細節，引發過“災難性”的故障？評論區聊聊你的故事！

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