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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有一種"痛"叫做"老化和客戶端雙失效"，MLCC絕緣電阻驟降的真兇竟然是它！

發布時間： 2026-04-28 00:00
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在電子制造領域，有一種"痛"叫做"老化和客戶端雙失效"...

某條高密度組裝的SMT產線上，PCBA在老化測試及客戶端使用中接連出現功能失效。初步定位，問題指向板上毫不起眼的0201貼片電容。

按理說，對于這種微小元件引發的失效，常見原因不外乎兩類：

  • 器件本身參數超差，如容值衰減、絕緣電阻下降；

  • 焊接工藝缺陷，如虛焊、立碑。

然而，這一次的對手，似乎沒那么簡單。


1.常規手段"失靈"

收到失效樣品后，第一步進行外觀檢查。

  • 無論是失效單體電容，還是PCBA上懷疑失效的電容，在光學顯微鏡下均未發現明顯的裂紋、刮傷等物理損傷。

失效單體電容外觀典型圖

失效單體電容外觀典型圖

失效PCBA懷疑失效電容外觀形貌

失效PCBA懷疑失效電容外觀形貌

緊接著是無損透視檢查（X-ray），這是排查元件內部結構及焊接組裝缺陷的重要手段。

  • X-ray影像顯示：失效單體電容的內部疊層結構、PCBA上的焊點及走線，均未見明顯異常。

無損透視檢查典型形貌

無損透視檢查典型形貌

PS：沒有燒毀痕跡，沒有物理斷裂，問題到底藏在哪？


2.鎖定"漏電"元兇

既然物理表征找不到突破口，下一步轉向電參數測試。通過對比失效單體電容、未使用良品電容，以及失效PCBA上的在板電容，異常浮現出來：

  • 絕緣電阻（IR）驟降： 未使用的良品電容絕緣阻抗高達953.7 MΩ，而失效單體電容C618、C734的阻值分別降至28.34 Ω、196.44 Ω，近乎短路；另一顆失效電容C621雖然容值（115.0 nF）和損耗角正切（3.68%）尚在正常范圍，但其絕緣電阻也明顯劣化至17.57 MΩ。

  • 在板并聯異常： 失效PCBA上懷疑失效電容的阻值（PCBA1為47.4 Ω，PCBA2為37.6 Ω）明顯低于正常PCBA同位置電容的阻值（123.1 Ω）。由于懷疑失效的電容在電路中為并聯關系，阻值降低證實了電路中存在異常漏電通道。

為了精準定位PCBA上到底是哪一顆電容漏電，我們引入了Thermal EMMI（熱發射顯微鏡/熱點定位）分析。

  • 通過對懷疑失效的電容逐一上電掃描，在兩組失效PCBA上均成功捕捉到了異常熱點——且都集中在C653位置。

失效PCBA Thermal EMMI定位形貌

失效PCBA Thermal EMMI定位形貌


3.真相浮出水面

問題鎖定到C653后，迎來了最關鍵的環節——切片分析與SEM形貌觀察。我們先對已拆下的失效單體電容（C618、C621）進行剖切，隱藏在內部的致命缺陷暴露無遺：

  • 介質層空洞與破損：在電容端電極附近，發現了明顯的介質層空洞。經多次研磨后觀察，空洞周圍的介質層出現了碎裂和破損形貌。這種空洞如同陶瓷內部的"空鼓"，會嚴重降低局部耐壓能力，在電場作用下極易產生局部放電或形成導電通道。

C618電容研磨后SEM形貌

C618電容研磨后SEM形貌

  • 最外層內電極微裂紋：這是導致電容漏電的核心原因。 在失效電容的最外兩層內電極之間，發現多處微裂紋，且保護層出現破損。這些裂紋位于相鄰內電極之間的介質層中，導致層間絕緣失效，使電容呈現低阻或微短路狀態。

  • 端電極工藝缺陷（C621特有）：在C621電容左側端電極發現明顯開裂，且端部多出一層異常金屬層。經EDS成分分析，該層為Cu層，表明端電極在電鍍工藝中存在缺陷。

C621電容研磨后SEM形貌

C621電容研磨后SEM形貌

4.在板驗證

失效單體電容的缺陷已經找到，但一個關鍵問題仍然存在：這些缺陷是電容來料就有的，還是在組裝焊接或使用中受外力導致的？

要回答這個問題，必須分析一顆從未被拆卸過、始終留在PCBA上的失效電容——如果它的內部缺陷與拆機件一致，且外觀無撞擊痕跡，就能排除外力因素，意味著同批次物料本身存在系統性質量風險。

于是，我們直接從PCBA1上切割下C653電容進行驗證：

  • 外觀檢查： 電容表面無撞擊痕跡或機械損傷；

PCBA1上C653電容外觀形貌

PCBA1上C653電容外觀形貌

  • 阻值復測： 切割后阻值42.869 Ω，確認漏電由該電容引起，與EMMI定位一致；

PCBA1上C653電容兩端阻值

PCBA1上C653電容兩端阻值

  • SEM掃描： 電容上表面無外力撞擊導致的形變或裂紋；

PCBA1上C653電容上表面SEM形貌

PCBA1上C653電容上表面SEM形貌

  • 切片分析： 內部異常形貌與失效單體電容高度一致，裂紋位于電容側面（即電容在PCBA上的安裝側面），而非頂部或底部——這是電容疊層結構的固有薄弱區，而非應力集中區。

PCBA1上C653電容切片形貌

PCBA1上C653電容切片形貌

PS：在板電容與拆機失效單體的缺陷形貌驚人一致，且外觀無損傷、裂紋位置不具備外力特征。


根本原因：

這是一起典型的物料固有質量缺陷引發的失效。

電容在出廠時便帶有“內傷”，即內電極層間介質不純、有空洞，且在燒結或切割工藝中產生了微裂紋。隨著時間與電應力的累積，這些微觀缺陷逐漸惡化，最終在最薄弱的最外層內電極處形成漏電通路，導致電容失效。

改進建議：

建議在關鍵物料管控中引入破壞性物理分析（DPA，Destructive Physical Analysis）：

電容作為PCBA上的關鍵元器件，在板使用量大、分布密集，一旦存在批次性缺陷，影響面廣、排查成本高。通過對元器件進行切片，在顯微鏡下直接審核內部電極連續性、介質層致密性及端電極工藝質量，可在SMT貼片前完成內部質量確認，避免缺陷物料流入量產環節，造成返工維修、批次召回或客戶端失效等更大損失。

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