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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PCBA清洗后失效!同一个位置,同样的腐蚀,为何偏偏是它?

发布时间: 2026-03-03 00:00
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在电子制造的PCBA加工环节中,清洗、涂覆是提升产品可靠性的关键工序,但有时却会成为失效的 “导火索”。


某PCBA产线反馈,产品经清洗+涂覆后,多个板子在固定位置的测试孔环周围出现绿色异物,失效率高达60%。失效位置惊人一致:通孔1、通孔2及背面Pad3。

委托方提供了多个批次的样品,包括:

  • 同批次PCB光板

  • 组装后未清洗样品

  • 清洗后失效样品

  • 涂覆后失效样品

同时还送来了清洗剂、锡膏、助焊剂、涂覆液等辅料,希望能从源头找出问题。




外观检查:绿毛只在特定环节出现

首先进行外观对比检查:

  • 涂覆后样品:失效位置孔环周围有明显的绿色异物,镀层破损、疑似腐蚀。

涂覆后失效样品外观图片

涂覆后失效样品外观图片

  • 清洗后样品:同样位置出现绿色异物,但多分布在孔环边缘。

清洗后失效样品外观图片

清洗后失效样品外观图片

  • 组装后未清洗样品:相同位置无绿色异物,但可见白色残留物,疑似助焊剂残留。

组装后未清洗样品外观图片

组装后未清洗样品外观图片

结论初步指向:绿色异物的出现与清洗、涂覆工序相关,且失效位置高度一致。


FTIR分析:绿色异物里有什么?

为进一步确认异物成分,对样品进行傅里叶变换红外光谱分析,结果如下:

FTIR测试结果

FTIR测试结果

分析发现,绿色异物中的丙烯酸树脂与三防漆成分一致,但无法直接证明与清洗剂有关。这说明,绿毛本身“包裹”了三防漆,但它的“根”可能在其他地方。


SEM+EDS成分分析:腐蚀产物浮出水面

使用扫描电镜+能谱分析绿色异物的元素组成:

  • 涂覆后失效样品:异物含C、O、Ni、Cu,少量P、Au → 镀层腐蚀产物。

涂覆后失效位置孔环表面EDS结果

涂覆后失效位置孔环表面EDS结果

  • 清洗后失效样品:同样含C、O、Ni,少量Cu、P、Au → 同为镀层腐蚀产物。

清洗后失效位置孔环表面EDS结果

清洗后失效位置孔环表面EDS结果

结论:绿色异物本质是镀层腐蚀的产物,Ni层已破损,Cu层被腐蚀。


切片分析:Ni层裂纹是“元凶”

对失效位置进行切片观察:

  • 涂覆后失效样品:Ni层多处破损,拐角处Cu层被腐蚀。

涂覆后失效位置切片截面图

涂覆后失效位置切片截面图

  • 清洗后失效样品:同样发现Ni层破损、裂纹。

清洗后失效位置切片截面图

清洗后失效位置切片截面图

  • 未清洗样品:Ni层完好,未见腐蚀。

未清洗样品切片截面图

未清洗样品切片截面图

  • PCB光板:个别孔拐角处已存在Ni层裂纹。

光板通孔切片截面图

光板通孔切片截面图

这意味着:Ni层裂纹在PCB来料阶段就已存在,但在未清洗时被助焊剂覆盖,未表现出腐蚀;清洗后,残留的清洗剂进入裂纹,启动腐蚀。


腐蚀验证:清洗剂“嫌疑最大”

为验证哪种辅料对铜具有腐蚀性,进行铜镜腐蚀试验(IPC-TM-650 2.3.32):

  • 20分钟:清洗剂区域铜膜明显被腐蚀穿透,其他区域无明显变化。

20分钟腐蚀效果

20分钟腐蚀效果

  • 24小时后:清洗剂区域铜膜完全腐蚀,助焊剂、锡膏、涂覆液区域无明显变化。

24小时腐蚀效果(异丙醇清洗)

24小时腐蚀效果(异丙醇清洗)

结论:清洗剂对铜具有强腐蚀性,是导致镀层下Cu层腐蚀的直接诱因。


PCB热应力验证:PCB本身耐热OK

为排除PCB基材问题,进行288℃浮锡3次热应力测试:

  • 外观无鼓包、变色;

浮锡3次后外观检查结果

浮锡3次后外观检查结果

  • 内层无分层、起泡;

浮锡3次内层结构检查结果

浮锡3次内层结构检查结果

说明:PCB具备耐受3次高温冲击能力,基材合格,不是失效主因。


固定位置腐蚀的“密码”

为何偏偏是这几个孔?

进一步观察发现:

  • 失效孔位靠近插件电容和贴片连接器;

  • 波峰焊过程中,这些位置容易残留助焊剂;

  • 清洗时,板子放置方向导致清洗剂在这些位置汇聚、残留;

  • EDS结果显示绿色异物中Sn含量高,佐证了波峰焊残留的存在。

清洗剂 + 助焊剂残留 + Ni层裂纹 + 潮湿环境 = 固定位置的腐蚀反应。


根本原因:

PCB焊盘Ni层存在制造工艺缺陷(裂纹),波峰焊后该位置残留助焊剂,清洗过程中清洗剂残留并汇聚于此。清洗剂中的活性成分在潮湿环境下透过Ni层裂纹腐蚀Cu层,生成绿色腐蚀产物。

改进建议:

  1. PCB来料控制:加强对ENIG工艺Ni层质量的抽检,重点关注孔环拐角Ni层完整性;

  2. 清洗工艺优化:评估清洗剂对镀层的腐蚀性,必要时更换更温和的清洗剂;

  3. 清洗后干燥:加强清洗后的干燥工艺,避免清洗剂残留;

  4. 设计优化:对易残留位置(如插件孔附近)增加排液设计或调整清洗方向;

  5. 过程监控:增加清洗后、涂覆前的显微镜抽查,及时发现异常。


声明:本案例已做脱敏处理,所有数据均来自实验室真实分析,未经许可不得转载。


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