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(cè)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(cè)廠與終端用戶間的責(zé)任爭(zhēng)議，帶來(lái)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(guò)載變形等典型失效。
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致命枝晶背后：一場(chǎng)由“助焊劑殘留”引發(fā)的PCBA失效分析

發(fā)布時(shí)間： 2025-12-01 00:00
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數(shù)字智能與通信技術(shù)正飛速前行，而這些創(chuàng)新都建立在穩(wěn)定、可靠的硬件基礎(chǔ)之上。其中，作為關(guān)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(gè)至關(guān)重要且不容有失的工程命題。哪怕是一次微小的焊點(diǎn)短路，也足以讓最先進(jìn)的系統(tǒng)陷入停滯。本文將深入一起真實(shí)的“工業(yè)醫(yī)院”病例：某電梯控制板因電化學(xué)遷移導(dǎo)致焊點(diǎn)間生長(zhǎng)出“金屬枝晶”，引發(fā)信號(hào)紊亂。



通過(guò)系統(tǒng)性分析，我們構(gòu)建了本次失效的完整機(jī)理鏈：

失效的完整機(jī)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(diǎn)間存在典型的枝晶形貌（圖1）。X-Ray透視結(jié)果顯示，對(duì)應(yīng)位置存在異常陰影，初步判斷為金屬物質(zhì)遷移所致（圖2）。

外觀檢查與X-Ray分析

圖1

外觀檢查與X-Ray分析

圖2


二、剝離分析與SEM/EDS測(cè)試

剝離異常焊點(diǎn)區(qū)域的三防漆后，對(duì)PCB側(cè)與三防漆側(cè)界面分別進(jìn)行SEM觀察與EDS成分分析。

形貌觀察：在三防漆側(cè)界面發(fā)現(xiàn)明顯的錫枝晶結(jié)構(gòu)（圖3）。

剝離分析與SEM/EDS測(cè)試

圖3

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

剝離分析與SEM/EDS測(cè)試

表1



三、剖面分析與界面評(píng)估

對(duì)失效位置進(jìn)行切片分析，發(fā)現(xiàn)：

枝晶生長(zhǎng)于三防漆與PCB綠油之間的界面夾層中（圖4）。

剖面分析與界面評(píng)估

圖4


焊點(diǎn)表面存在腐蝕形貌，但三防漆與引腳端部結(jié)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(dǎo)致電化學(xué)遷移的水汽主要來(lái)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(jī)成分分析

對(duì)界面遷移異物、焊點(diǎn)周圍白色殘留物、液體助焊劑及三防漆進(jìn)行FT-IR分析。結(jié)果表明：

遷移異物與白色殘留物的有機(jī)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(dǎo)致吸濕的殘留物均來(lái)源于焊接后的助焊劑殘留。



結(jié)論

本次波峰焊點(diǎn)間的電化學(xué)遷移，根本原因在于三防漆涂覆前，焊點(diǎn)區(qū)域存在嚴(yán)重的助焊劑殘留。殘留物吸附潮氣并被三防漆密封，在電場(chǎng)作用下引發(fā)了Sn離子的遷移與枝晶生長(zhǎng)。

建議

■ 強(qiáng)化焊后清洗：建立并優(yōu)化焊接后的清洗工藝，確保徹底清除助焊劑殘留，特別是對(duì)于引腳間距較小的波峰焊點(diǎn)。建議引入離子污染度測(cè)試（如IPC TM-650 2.3.25）進(jìn)行定量監(jiān)控。

■ 嚴(yán)格控制環(huán)境濕度：在PCBA清洗、烘干及三防漆涂覆前的所有周轉(zhuǎn)和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格控制環(huán)境濕度，防止PCBA吸潮。

■ 評(píng)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(huán)境，而非密封內(nèi)部污染物。

■ 物料體系兼容性評(píng)估：在項(xiàng)目前期，應(yīng)對(duì)助焊劑與三防漆的兼容性進(jìn)行評(píng)估，優(yōu)先選用低殘留、低腐蝕性的助焊劑體系。




本病例報(bào)告及治療方案僅對(duì)該次送檢樣本負(fù)責(zé)，旨在提供診斷思路。您的設(shè)備如有‘不適’，歡迎送至‘工業(yè)醫(yī)院’進(jìn)行專業(yè)‘體檢’。

你的生產(chǎn)線是否也曾因某個(gè)“不起眼”的細(xì)節(jié)，引發(fā)過(guò)“災(zāi)難性”的故障？評(píng)論區(qū)聊聊你的故事！

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