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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为什么偏偏这个PTH孔不上锡?90%的人查错了方向!

发布时间: 2026-05-07 00:00
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波峰焊后,PTH里的焊锡像"水珠打在荷叶上"——焊锡无法沿孔壁爬升,这就是行业常说的PTH焊点上锡不良。

而PTH(镀通孔)元件的上锡质量,直接决定了产品的电气连接可靠性。工程师最不愿面对的,就是这种偶发、隐蔽且足以致命的缺陷。

遇到这类问题,多数人的第一反应是:OSP膜失效了?还是波峰焊参数没调好?

最近,我们接手了一起典型PTH焊点上锡不良案例。

委托方的困境极具代表性:PCB表面处理为OSP(有机保焊膜),波峰焊后个别PTH孔出现上锡不良,但同板其他孔完好无损,板厂与组装厂各执一词,根因迟迟无法锁定。

今天,我们就通过这个案例,从现象到机理,一步步拆解,看问题到底出在哪一环。


1.外观检查与无损透视

我们首先对NG样品进行了体视显微镜检查。

  • 个别通孔确实没有被焊锡有效填充,焊锡只停留在表面,甚至完全没有润湿扩散的迹象。

上锡不良PTH焊点及其他焊点光学检查照片

上锡不良PTH焊点及其他焊点光学检查照片

随后,我们使用X-Ray和CT进行无损“透视”。

  • 失效模式确认:确实存在焊点填锡不足、焊锡高度不够,甚至内部有空洞的情况。

  • 排除常见原因:没有发现明显的孔壁断裂(孔破)问题。

  • 一个新发现:无论是上锡好还是不好的焊点,都观察到了元件引脚偏位,但偏位并不是导致上锡不良的直接原因,因为它同时存在于NG样品和OK样品中。

上锡不良PTH焊点X-Ray观察照片

上锡不良PTH焊点X-Ray观察照片

上锡不良PTH焊点CT观察照片

上锡不良PTH焊点CT观察照片

PS:问题聚焦在“润湿”本身,而非结构的严重破坏。


2.表面分析发现“嫌疑物”

为了看得更清楚,我们将样品放进了场发射扫描电子显微镜(SEM) 下,并对可疑位置做了能谱分析(EDS)。

  • 关键现象:在所有失效焊点,甚至部分外观“正常”的焊点,我们都在通孔的拐角位置(一个非常容易藏污纳垢的死角)发现了一层异物残留。

失效PTH焊点及未失效PTH焊点形貌观察

失效PTH焊点及未失效PTH焊点形貌观察

  • 成分分析:这层异物的成分很复杂,包含了C、O、Br、Si、S、Sn、Ba、Cu等元素。

失效PTH焊点及未失效PTH焊点成分分析结果

失效PTH焊点及未失效PTH焊点成分分析结果

  • 初步推断:O、Br、Sn主要来自焊接过程中的助焊剂残留;C、O、Si、S、Ba这部分元素组合,是线路板绿油(阻焊油墨) 的特征成分!

  • 重要发现:在一个失效焊点的孔环表面,我们还检测到了异常的Cl(氯)元素,这在正常的OSP膜上是不应该出现的。

PS:通孔内存在绿油残留,并且PCB表面有含氯污染物。


3.剖面分析坐实证据

表面分析只能看外观,为了看到内部界面,我们进行了最关键的切片(Cross-section)分析。

  • 确认润湿不良:在失效焊点的孔环表面,确实观察到局部区域完全没有焊锡附着,证明此处的润湿性极差。

  • 确认绿油残留:在通孔拐角、焊锡与孔壁铜层之间,清晰地嵌入了片状或块状的异物,EDS分析确认,这正是前面推测的绿油残留。它物理性地阻挡了焊锡与铜面的接触,并污染了待焊表面。

失效PTH焊点及正常PTH焊点截面形貌观察

失效PTH焊点及正常PTH焊点截面形貌观察

  • 确认正常位置IMC良好:在焊接正常的位置,我们观察到了连续、厚度约为1.28-3.21μm的金属间化合物(IMC),这说明整体的焊接温度、时间等工艺参数是基本正常的。

失效PTH焊点及正常PTH焊点截面形貌观察

失效PTH焊点及正常PTH焊点截面形貌观察

4.光板分析揭开“锅”到底是谁的

绿油是哪里来的?异常Cl元素又是哪里来的?

为了回答这个问题,我们对委托方提供的同批次未经焊接的PCB光板进行了分析。

  • 绿油问题:在PCB光板的个别PTH孔拐角,我们同样发现了颗粒状的异物。但成分分析显示,这种颗粒物并不含有绿油的特征元素(Si、Ba等)。这说明,焊接后发现的“绿油残留”并非来自PCB光板,很可能是在焊接过程中从其他地方(比如插件、夹具或其它污染源)引入的,属于偶发性问题。

PCB光板PTH通孔(Bottom面)光学检查照片

PCB光板PTH通孔(Bottom面)光学检查照片

  • OSP膜污染问题:我们用SEM观察PCB光板的孔环表面,发现其形貌异常,不是正常的均匀OSP膜。EDS分析显示,其表面除了C、N、O、Cu外,竟然检出了高含量的Cl(氯)和I(碘)元素。这两种卤素元素是完全不该出现在OSP膜上的外来污染物!它们会严重破坏OSP膜的完整性和保护性,大大降低铜表面的可焊性。

PCB光板PTH通孔孔环表面(Bottom面)形貌观察

PCB光板PTH通孔孔环表面(Bottom面)形貌观察

为了验证这个判断,我们直接对PCB光板进行了可焊性测试(Edge Dip Test)。

  • 部分PTH孔的孔环确实出现了局部润湿不良,润湿面积小于95%,不满足IPC J-STD-003C标准要求。

PCB光板PTH通孔(Bottom面)浸锡后光学观察照片

PCB光板PTH通孔(Bottom面)浸锡后光学观察照片


根本原因:

  1. 通孔拐角位置异常绿油残留,影响了整个通孔的上锡性;

  2. PCB光板OSP膜存在异常污染(含有异常Cl、I元素),降低了通孔孔环及孔壁的润湿能力。

改进建议:

严格管控PCB光板绿油涂覆工艺及OSP膜工艺质量,避免通孔拐角绿油残留及OSP膜污染。

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