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(xiàn)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(xiàn)，提高元器件可靠性。
集成電路復雜度與性能要求的持續(xù)攀升，疊加設計、制造、封裝及應用環(huán)節(jié)的潛在風險，導致短路、開路、漏電、燒毀、參數(shù)漂移等關鍵失效模式頻發(fā)。這不僅造成昂貴的器件報廢與系統(tǒng)宕機，更常引發(fā)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(xù)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(fā)，常引發(fā)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(huán)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(fā)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。
美信檢測以海量失效數(shù)據(jù)庫構建技術優(yōu)勢，全譜系案例、復雜場景方案、頭部企業(yè)合作及體系化知識產權，各展其能。憑借百萬級失效解析積累，精準洞察本質，讓檢測報告為客戶質量升級提供有力支撐，實現(xiàn)失效歸零。
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SMT產線良率突降5%，AOI卻抓不到異常？元兇竟是焊點里的“隱形枕頭”

發(fā)布時間： 2025-12-29 00:00
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某SMT產線近期出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集板信號輸出異常，不良率上升約5%。初步排查均指向板上關鍵BGA芯片功能失常，故障現(xiàn)象清晰，但修復無從下手。


目檢：芯片外觀完好無損

電性能測試：所有管腳I-V曲線與良品一致

X-Ray透視：焊點雖有氣孔，但未見斷裂、橋接等典型缺陷

問題仿佛隱形，傳統(tǒng)手段集體失效...


如果芯片沒壞，焊點看起來又“沒問題”，那信號究竟是在哪里斷的？

真正的失效點，是否藏在焊球與錫膏的微觀界面之間？?

本文將借助切片分析、CT掃描、SEM/EDS成分檢測等一系列微觀分析手段，再現(xiàn)一次完整的失效分析歷程，揭示那類肉眼不可見、X-Ray難判別、卻足以導致功能失效的焊接缺陷——HIP（Head-in-Pillow）枕頭效應。


1.排除法，從“沒問題”的地方開始

外觀與電性：芯片無損，電路通暢，排除芯片自身故障。

樣品典型外觀

樣品典型外觀

輸出管腳對GND的典型I-V曲線圖

輸出管腳對GND的典型I-V曲線圖

X-Ray復檢：僅見部分焊點存在氣孔，屬常見工藝現(xiàn)象，并非直接失效證據(jù)。

芯片焊點典型X-ray

芯片焊點典型X-ray


2.CT掃描，發(fā)現(xiàn)“形似神離”的焊點

通過高分辨率CT三維成像，終于捕捉到異常：

個別焊球與下方錫膏呈現(xiàn)“輕觸未融”狀態(tài)，形如枕頭與頭部輕輕靠在一起，實則未形成冶金結合——這就是 HIP枕頭效應，電氣上實際已開路。

樣品芯片焊點CT三維圖

樣品芯片焊點CT三維圖

樣品芯片焊點CT剖面

樣品芯片焊點CT剖面


3.切片+成分分析，鎖定界面真相

對異常焊點進行微切片，在SEM下清晰可見：

焊球與錫膏界面存在明顯縫隙，縫隙中檢出C、O、S等有機殘留物（來自助焊劑或底部填充膠）。

芯片焊點SEM圖片和EDS能譜圖
芯片焊點SEM圖片和EDS能譜圖

芯片焊點SEM圖片和EDS能譜圖

芯片焊點EDS結果(wt%)

芯片焊點EDS結果(wt%)

?? 重要提示：焊球本身氧化層厚度未超限，且未焊接的裸芯片焊球可焊性良好，說明問題不在器件本身。


4.熱變形驗證，排除結構影響

測量芯片在回流焊過程中的熱變形量，最大形變僅0.018mm，遠不足以導致焊點分離，排除封裝翹曲引發(fā)HIP的可能性。

裸器件變形量測試結果曲線圖

裸器件變形量測試結果曲線圖


? 根因歸結：工藝窗口與物料特性的“錯配”

最終所有證據(jù)指向工藝環(huán)節(jié)：

在回流焊預熱階段，錫膏中的助焊劑過早揮發(fā)或活性不足，未能有效清除焊球/錫膏表面氧化層，導致兩者在熔融階段無法融合，最終形成“枕頭效應”。

?? 改善建議：從“防枕”到“焊牢”

優(yōu)選錫膏：選擇活性更強、抗氧化性能好的型號，并嚴格控制存儲與使用周期；

優(yōu)化爐溫曲線：適當縮短預熱時間，確保助焊劑在焊球熔化時仍具備活性；

引入工藝監(jiān)控點：在關鍵產品上增加切片抽檢或微聚焦X-Ray檢查，及早發(fā)現(xiàn)界面缺陷；

關注環(huán)境管控：車間溫濕度、錫膏暴露時間等細節(jié)，都可能影響助焊劑性能。


你在工作中是否也曾遇到這種“所有檢測都正常，但板子就是不工作”的玄學故障？最后是如何破案的？

歡迎在評論區(qū)分享你的“破案經歷”或工藝改善心得！


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