印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
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告别盲目测试!5步锁定PCBA三防漆分层真相!

发布时间: 2025-12-09 00:00
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在电子设备制造中,PCBA(印制电路板组件)的三防处理(防腐蚀、防潮湿、防霉菌)是保障产品长期稳定运行的核心工序。但某电子制造企业却遭遇了棘手难题:PCBA 完成三防处理后,三防漆与塑封器件界面频繁出现严重分层,不仅影响防护效果,还可能引发设备故障。为找到根源,企业将相关样品送往“工业医院”,经过多轮系统分析,终于揭开了这起失效事件的真相...



通过系统性分析,我们构建了本次失效的完整机理链:

失效的完整机理链

一图读懂全文(节省时间版)




01 外观检查 —— 锁定问题靶点

首先对所有样品进行宏观检查,快速定位失效规律。结果清晰显示:失效现象仅特异性地发生在某一型号的芯片表面,而其他型号芯片则完全正常。这首先排除了三防漆材料本身存在普遍性质量问题的可能,将调查焦点指向了芯片个体差异。

外观检查 —— 锁定问题靶点

外观检查结果



02 FTIR红外分析 —— 排除化学成分异常

利用傅里叶变换红外光谱仪,对失效界面的两侧材料进行“分子指纹”鉴定。谱图比对结果显示,失效处的三防漆与正常漆层成分一致,芯片塑封体材料也未见异常。这表明界面并未发生预期的化学反应或存在明显外来污染物,初步排除了化学不相容的假设。

失效界面三防漆侧 & 正常三防漆表面FTIR测试谱图

失效界面三防漆侧 & 正常三防漆表面FTIR测试谱图

失效界面芯片侧 & 裸芯片表面FTIR测试谱图

失效界面芯片侧 & 裸芯片表面FTIR测试谱图




03 SEM/EDS表面分析 —— 发现反常线索

通过扫描电镜观察微观形貌并进行元素分析。一个反直觉的现象出现了:更容易失效的芯片,其表面微观粗糙度实际上显著高于正常的芯片。理论上,更大的粗糙度应提供更强的机械咬合力,有利于涂层结合。这与观察到的失效现象相矛盾。同时,EDS能谱显示两者主要元素组成无本质差异。至此,常规的表面物理与化学分析均未给出合理解释。

裸芯片封塑封表面SEM形貌及EDS成分分析谱图
裸芯片封塑封表面SEM形貌及EDS成分分析谱图

裸芯片封塑封表面SEM形貌及EDS成分分析谱图



04 剖面分析与粗糙度量化 —— 确认失效形态


对样品截面进行剖析,直接证实了“界面分层”的失效模式。同时,3D激光共聚焦显微镜的精确测量数据,定量证实了前述粗糙度差异。所有数据都指向一个结论:失效并非由常见的表面缺陷或污染导致。调查陷入了瓶颈,常规手段似乎已经用尽。

失效样品及正常样品剖面形貌图

失效样品及正常样品剖面形貌图

裸芯片塑封表面粗糙度分析结果

裸芯片塑封表面粗糙度分析结果



05 TOF-SIMS微量分析 —— 揭示决定性证据

当常规方法失效时,我们动用了具备极高表面灵敏度的“终极工具”——飞行时间二次离子质谱。它的探测深度仅在表面几个纳米范围内。正是这次检测取得了突破:仅在失效芯片的表面,检测到了特征性的硅油分子碎片信号,而正常芯片表面则没有。这种硅油残留是纳米级的,解释了为何之前的检测手段均“视而不见”。

失效样品塑封表面TOF-SIMS分析谱图
失效样品塑封表面TOF-SIMS分析谱图

失效样品塑封表面TOF-SIMS分析谱图

Ateml芯片塑封表面TOF-SIMS分析谱图
Ateml芯片塑封表面TOF-SIMS分析谱图

Ateml芯片塑封表面TOF-SIMS分析谱图

XILNX芯片塑封表面TOF-SIMS分析谱图
XILNX芯片塑封表面TOF-SIMS分析谱图

XILNX芯片塑封表面TOF-SIMS分析谱图





核心病因

芯片塑封表面存在硅油类物质残留,这类物质来自芯片封装制程中使用的含硅油离膜剂(脱模剂),是导致三防漆分层的 “根本病因”。

治疗方案

排查芯片的封装制程,减少含硅油成分的离膜剂及其他辅助材料  的使用,从源头避免硅油在芯片表面残留,确保三防漆与芯片表面的有效结合。


今日工业健康小测试:

如果你的产品也出现了类似的涂层分层问题,你会首先检查以下哪个环节?

1.涂层材料本身的质量和配比

2.涂覆工艺的参数设置

3.被涂表面的清洁和预处理

4.环境温湿度控制条件


欢迎在评论区分享您的工业诊断经验,一起探讨制造过程中的“健康管理”之道!

如果你的企业也遇到 PCBA 防护、元器件界面结合等 “产品病症”,欢迎联系我们的 “工业医院”,让专业 “医生” 为你排忧解难~ 关注我们,获取更多电子制造失效分析案例和技术干货!


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