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波峰焊“吹孔”、上锡不良,别再怪助焊剂了!根本原因是它!

发布时间: 2026-03-25 00:00
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“这批板子的波峰焊良率,怎么突然掉了5%?”

这是我们收到的一位客户的紧急求助。

产线上,一批PCBA产品在波峰焊过程中,插件焊点频繁出现“吹孔”现象——焊点表面有针孔状的喷气痕迹,内部空洞明显,上锡严重不足。

委托方提供了多个批次的样品,包括:

  • 严重吹孔成品

  • 轻微吹孔成品

  • 未焊接插件

  • PCB光板

  • 正常成品

  • 助焊剂样品

到底是助焊剂活性不足?炉温曲线有盲区?还是PCB或元器件本身存在“隐形缺陷”?

为了查明真因,我们为客户安排了一次全面“体检”——从外观检查到CT断层扫描,从表面分析到剖面切片,再到可焊性验证,逐一排查,层层深挖。


1.外观与透视——先看表象,再看本质

首先,工程师利用体视显微镜对PCBA吹孔焊点进行光学检查。

  • 严重吹孔成品PCB孔环周围呈现明显的润湿不良特征,焊锡未能充分铺展。

严重吹孔成品光学检查典型照片

严重吹孔成品光学检查典型照片

  • 轻微吹孔成品焊点发现轻微吹孔异常。

轻微吹孔成品光学检查典型照片

轻微吹孔成品光学检查典型照片

随后,采用CT断层扫描技术对PCBA吹孔焊点进行内部结构分析。

  • 严重吹孔成品焊点内部局部无焊锡填充。

严重吹孔成品CT扫描图片

严重吹孔成品CT扫描图片

  • 轻微吹孔成品焊点内部存在较大空洞,空洞分布位置无明显规律性。

轻微吹孔成品CT扫描图片

轻微吹孔成品CT扫描图片

上述分析确认,该缺陷源于焊料与焊盘/引脚之间未能形成良好的冶金结合,而非单纯的工艺参数波动。

2.问题成品解剖——先看“伤口”长什么样

随后,工程师采用场发射扫描电子显微镜(SEM)对PCBA吹孔焊点表面进行放大观察。

  • 严重吹孔成品孔环附近存在助焊剂残留。

严重吹孔成品表面形貌及EDS成分分析谱图

严重吹孔成品表面形貌及EDS成分分析谱图

  • 轻微吹孔成品孔边缘检出含溴(Br)、氯(Cl)等元素的点状异物。

轻微吹孔成品表面形貌及EDS成分分析谱图

轻微吹孔成品表面形貌及EDS成分分析谱图

将PCBA吹孔焊点切开后,通过金相显微镜与SEM进行内部观察:

  • 合金化异常: 吹孔焊点通孔侧局部镀层存在明显合金化现象,拐角处尤为严重,呈现典型的润湿不良特征。

不良焊点切片后金相及SEM+EDS分析结果

不良焊点切片后金相及SEM+EDS分析结果

  • 镀层结构缺陷: 金相显微镜下可见部分区域镀层发黑,甚至出现局部缺失。

不良焊点切片后金相及SEM+EDS分析结果

不良焊点切片后金相及SEM+EDS分析结果

  • 元素异常: 能谱分析(EDS)显示,发黑区域检出异常硫元素(S)及较高含量的氧元素(O)。

不良焊点切片后金相及SEM+EDS分析结果

不良焊点切片后金相及SEM+EDS分析结果

综上,问题焊点的PCB侧镀层存在先天性缺陷,主要表现为合金化异常与含硫污染物残留。


3.来料排查——插件“清白”,PCB“露馅”

为追溯缺陷根源,工程师对未焊接的插件引脚与PCB光板分别进行了系统性分析。

  • 插件引脚分析: 扫描电镜(SEM)观察显示,引脚表面仅存在少量可清洗的点状污染物,未见明显异常;随后的可焊性测试进一步证实:在标准浸锡条件下,引脚表面润湿性良好,未出现上锡不良现象;据此,插件引脚作为失效主因的可能性被排除。

插件引脚表面形貌及EDS成分谱图
插件引脚表面形貌及EDS成分谱图

插件引脚表面形貌及EDS成分谱图

  • PCB光板分析: 表面分析表明,PCB孔环锡层存在明显的合金化现象;更为关键的是,通孔拐角处检测出含硫(S)污染物,个别区域还检出氯(Cl)元素;且不良率越高的PCB板,其合金化区域范围越广,呈现明显的相关性。

PCB光板表面形貌及EDS成分谱图
PCB光板表面形貌及EDS成分谱图
PCB光板表面形貌及EDS成分谱图

PCB光板表面形貌及EDS成分谱图

为进一步探明内部结构,工程师对PCB光板进行了剖面分析。

  • 分析结果显示:通孔内部镀层均匀性较差,局部存在严重合金化,甚至出现镀层发黑、局部缺失等结构异常;在发黑区域,同时探测到高含量的氧(O)与异常元素硫(S)。

PCB光板剖面形貌及EDS成分谱图

PCB光板剖面形貌及EDS成分谱图

4.可焊性验证——对照实验一锤定音

为验证上述发现与吹孔缺陷的因果关系,工程师依据IPC标准对PCB光板进行了边缘浸焊测试。

  • 测试结果与失效分析高度吻合:浸焊后,PCB孔内出现大小不一的空洞,且空洞位置的镀层成分恰为前期检出的硫、氧等元素;作为对照,插件引脚在同等条件下顺利通过测试。

PCB光板浸焊后剖面形貌及EDS成分谱图
PCB光板浸焊后剖面形貌及EDS成分谱图
PCB光板浸焊后剖面形貌及EDS成分谱图

PCB光板浸焊后剖面形貌及EDS成分谱图


根本原因:

简单来说,就是“先天不足(镀层合金化)+后天污染(含硫物质)”,共同导致了焊点在波峰焊过程中“焊不上去”,甚至产生吹孔。

  1. 内因——PCB镀层质量缺陷:PCB通孔镀层(HASL工艺)存在严重的合金化异常。这使得镀层表面失去了应有的可焊性,变得难以被焊料润湿。尤其是在通孔的拐角处,合金化最为严重,成为润湿失败的“重灾区”。

  2. 外因——污染物的“临门一脚”:PCB通孔镀层结构存在异常(颜色发黑),并检测到了含硫(S)、氧(O)等异常元素。硫化物是典型的可焊性杀手,它会严重阻碍焊料的铺展,导致在焊接过程中产生气体,形成吹孔或空洞。

改进建议:

  1. 严控源头:PCB供应商在制造过程中,必须严格控制PCB焊盘及通孔镀层的质量。特别是对于HASL工艺,要优化制程参数,避免因金属间化合物过度生长导致的“镀层合金化”问题。

  2. 排查污染源:立即排查PCB通孔表面含硫(S)污染物的来源。是PCB制造过程中的残留(如某些清洗剂、助焊剂残留),还是来料储存环境所致?找到源头并切断它,是彻底解决问题的关键。

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