连氮气都“救”不了的器件立碑虚焊，工程师该如何应对？

发布时间： 2026-07-10 00:00

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什么是立碑虚焊？

回流焊升温熔锡阶段，若元件两端锡膏熔融节奏不一致：一端焊锡率先融化润湿、产生表面张力，另一端焊盘仍未充分熔锡浸润，单侧张力便会将器件一端掀起，外观形似墓碑，行业俗称 “立碑”。本质就是元器件两端焊盘润湿力失衡。

PCB立碑动图（图片来源：网络）

近期，某PCBA在客户端出现开路失效，表现为典型的贴片电感器件“立碑虚焊”。

据反馈，立碑问题不是偶发，而是分批次反复发作，不良率波动很大；且缺陷无固定板区、无固定点位，器件翘起方向毫无规律。

工厂尝试了氮气保护焊接工艺，不良率有所降低，但仍然无法有效杜绝。氮气都无可奈何，问题到底出在哪？

为找到失效根因，我们对该批次失效PCBA、PCB裸板以及器件原物料展开了系统的失效分析。

1.外观检查——摸清缺陷分布规律

利用体视显微镜对5pcs失效PCBA进行光学检查，并结合客户反馈的历史数据统建立碑缺陷分布规律。

5pcs失效样品均发现0201器件立碑不良。其中3pcs发生在X627位置（立碑方向一致），2pcs分别发生在X621和X629位置。
客户反馈历史数据显示，立碑共涉及26个位置，X621、X627、R601为发生频率最高的三个位置；立碑方向不固定，且失效呈分批次、持续性发生，不良率波动较大。

委托方所送失效样品器件立碑分布区域及立碑方向统计

采用氮气保护焊接工艺后，不良率有所降低，但仍无法杜绝。

立碑仅发生在0201器件，与PCB区域无关，位置和方向均呈随机分布。该规律表明，问题根源大概率不在贴装精度的区域性偏差，而在于器件本身特性或焊盘设计的系统性匹配问题。

2.剥离分析——排除界面污染

将立碑器件剥离后，对剥离界面进行SEM形貌观察及EDS成分分析（分清洗前/清洗后两组）。

清洗前：剥离界面主要为助焊剂残留（含C、O、Sn元素），未发现异常元素。

失效样品（X627-2）立碑焊点剥离后界面（清洗前）成分测试结果-1（wt.%）

失效样品（X627-2）立碑焊点剥离后界面（清洗前）成分测试结果-2（wt.%）

清洗后：剥离界面主要含C、O、Sn、Ni及少量Cu元素，成分正常。

失效样品（X627-2）立碑焊点剥离后界面（清洗后）成分测试结果-1（wt.%）

失效样品（X627-2）立碑焊点剥离后界面（清洗后）成分测试结果-2（wt.%）

立碑器件底部界面未发现异常污染元素，排除界面污染导致立碑的可能性。

3.剖面分析——排除镀层厚度不足

对立碑焊点进行切片制样，利用SEM+EDS观察截面形貌及成分分布。

器件底部存在大量助焊剂残留，立碑端未发现异常元素——进一步佐证无污染问题。
立碑端底部发现完整的纯锡层，镀层连续无断裂。

失效样品（X627-3）立碑焊点切片后截面SEM图片

失效样品（X627-3）立碑焊点切片后截面成分测试结果-1（wt.%）

失效样品（X627-3）立碑焊点切片后截面成分测试结果-2（wt.%）

排除镀锡层厚度不足或镀层不连续导致立碑的可能性；同时再次确认界面无污染。

4.原物料分析——器件焊端表面及镀层质量核查

对器件原物料焊端进行表面分析（SEM+EDS）和剖面分析（切片+SEM+EDS），以确认器件侧是否存在上锡障碍。

表面分析：器件焊端表面形貌未见异常，成分主要为Sn，无异常元素。

器件原物料焊端表面SEM图片及EDS能谱图

剖面分析：器件焊端镀锡层完整，厚度在2.53μm~2.83μm之间，满足常规要求。

器件原物料焊端切片后截面SEM图片

器件原物料焊端表面状态及镀层厚度均正常，未发现导致上锡不良的明显缺陷。但此结果仅说明静态条件下器件焊端无明显异常，尚不能排除动态润湿过程中个体差异的影响。

5.尺寸测量分析——焊盘与器件内距匹配性核查

对立碑器件切片截面及原物料进行尺寸测量，包括焊端尺寸、焊盘尺寸及内距匹配性。

立碑器件起翘端焊端尺寸（159μm）与正常端（144μm）相比，未发现偏小现象——排除因某一端焊端过小导致的润湿面积不足。

立碑器件切片后截面尺寸测量结果

关键发现：器件内距为227μm，PCB焊盘内距为187.3~189.4μm。器件内距显著大于焊盘内距，二者匹配性较差。

器件原物料焊端内距及PCB焊盘内距测量图片

器件内距与焊盘内距不匹配，意味着器件两端焊端在焊盘上的落位位置存在系统性偏移。这种偏移会导致两端润湿条件不对称：当回流焊过程中两端焊膏熔融与润湿存在时间差时，内距不匹配放大了润湿力不平衡的效应，增加了立碑风险。这是导致立碑的设计匹配性因素。

6.可焊性测试——器件焊端润湿特性个体差异

参考IPC J-STD-002C 2008标准，采用润湿称量法（焊料球：SAC305，助焊剂：#2，浸入角度：水平，浸入速度：2mm/s）对器件原物料焊端进行可焊性测试，重点评估T0（过零时间）、T1（润湿上升时间）、Fmax（最大润湿力）等参数的个体一致性。

器件焊端上锡性整体满足标准要求。

器件原物料焊端上锡性测试曲线

但个别曲线间T0、T1及Fmax存在明显差异（如T0从0s到0.58s不等，Fmax从0.04mN到0.20mN不等），表明不同器件个体间的润湿动力学特性存在离散性。

器件原物料焊端上锡性测试数据

同一批次器件中，焊端上锡能力存在个体差异。在回流焊过程中，若同一器件的两端恰好分配到润湿特性差异较大的个体（或器件两端本身存在工艺差异），两端润湿不同步的概率显著增加。这是导致立碑的器件一致性因素。

7.Profile曲线分析——回流工艺窗口核查

参考IPC/JEDEC J-STD-020E 2014标准，对客户实际回流曲线进行关键参数核查。

预热时间（150℃~200℃）：60s~120s ✅
最大升温速率：≤3℃/s ✅
TOL时间（＞217℃）：60s~150s ✅
最大降温速率：≤6℃/s ✅

回流温度曲线处于标准工艺窗口内，炉温设置不是导致立碑的主导因素。

根本原因：

1. 器件内距与焊盘内距匹配性差

器件内距227μm，焊盘内距仅187~189μm，偏差约38μm。器件落位后，两端焊端在焊盘上的覆盖位置不对称，回流时两端润湿条件不一致，放大了立碑力矩。

2.器件焊端上锡能力存在个体差异

同一批次器件的T0（0~0.58s）、Fmax（0.04~0.20mN）离散度大。两端润湿启动时间和润湿力不同步，产生立碑所需的力矩不平衡。

改进建议：

1. 钢网内切补偿内距失配

钢网内距较器件内距减小10μm，使锡膏印刷中心与器件实际落位中心对齐，改善两端润湿对称性。

2. 优化回流炉温区热分布

3~7温区下温区各升15℃、上温区各降5℃；7温区拉升至210℃，并减小7、8温区温差。目的是改善PCB厚度方向热对称性，使0201器件受热更平稳，降低因热瞬态不均诱发的两端润湿不同步风险。

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