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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模块果冻胶溢出?别再冤枉胶水了!看看你的底板上有没有烷烃残留

发布时间: 2026-08-07 00:00
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封装模块的密封可靠性,往往是决定产品寿命的最后一道关口。

最近,我们收到了一批"漏胶"的模块——果冻胶从外壳与底板的结合处溢出,严重的产品已经能看到胶体沿边框流出的痕迹。

同一批模块,有的溢胶、有的不溢,产线上很难提前识别哪些会出问题。更棘手的是,密封胶的固化工艺没有变动,果冻胶的批次也没有更换,问题到底出在哪里?

我们拿到了4片模块样品(2片溢胶NG、2片正常OK),以及未固化密封胶和果冻胶原料各一份,开始了逐层排查。


第一步:光学分析——粘结界面出了问题

最先做的是外观和光学显微观察,拆开NG和OK模块的底板与外壳后,差异就很明显了。

NG底板一侧边缘溢胶严重,溢胶的形貌与外壳盖板边框高度吻合,说明果冻胶是顺着密封胶与底板的结合面流出的;而OK底板上密封胶残留良好,与底板结合紧密,没有溢胶迹象。

用超景深数码显微镜进一步观察,发现了一个关键细节:NG底板在密封胶粘结区域明显发黄,OK底板则没有,NG底板密封胶粘结位置的变色,暗示这个区域的界面发生了某种化学变化或物质残留。

样品NG1与OK1底板暗场光学图片

样品NG1与OK1底板暗场光学图片

样品NG1与OK1底板暗场光学图片

到这里,初步判断已经形成:问题不在果冻胶本身,而在密封胶与底板的粘结界面,NG件的密封胶没有牢牢"抓"住底板,给果冻胶留下了溢出的通道。


第二步:SEM形貌——排除物理缺陷

既然界面有问题,接下来用扫描电镜(SEM)看看微观形貌上有没有异常。

观察NG底板溢胶的初始区域,表面有果冻胶残留,个别位置能看到球形颗粒;但在未发黄的区域,同样存在球形颗粒。也就是说,球形颗粒是底板的正常微观特征,不是导致溢胶的原因。

样品NG2底板SEM图片

样品NG2底板SEM图片

样品NG2底板SEM图片

样品NG2底板SEM图片

OK底板的粘结面SEM图片显示,密封胶表面零星分布着线条状痕迹,这是对面白色塑胶框的印痕,属于正常的接触痕迹;底板未粘结面同样有球形颗粒,与NG一致。

样品OK2底板粘结面SEM图片

样品OK2底板粘结面SEM图片

样品OK2底板未粘结面SEM图片

样品OK2底板未粘结面SEM图片

SEM 这一轮的结论是:底板和密封胶的微观形貌没有异常缺陷,物理层面看不出明显差异,问题不在"形貌",而在"成分"。


第三步:EDS元素分析——焊接残留的线索

用X射线能谱仪(EDS)对NG底板进行元素分析,结果如下:

样品NG1发黄区域和未发黄区域EDS能谱图结果图片

样品NG1发黄区域和未发黄区域EDS能谱图结果图片

样品NG1发黄区域和未发黄区域EDS能谱图结果图片

发黄区域检出了Sn(锡)元素,而未发黄区域没有。Sn来自焊接过程中使用的锡膏,说明发黄区域确实受到了焊接相关物质的污染;C、O、Si则疑似来自溢出的果冻胶(有机硅类)。

但EDS只能检测元素,无法分辨有机分子的具体结构。Sn的存在指向了焊接工序,但焊接过程还可能引入其他物质——比如助焊剂、清洗剂等含碳氢的有机物,这些EDS是看不出来的,需要更精细的手段。


第四步:FTIR红外分析——多出来的一个峰

傅里叶变换显微红外光谱仪(FTIR)是鉴别有机物结构的利器,我们对NG底板发黄区域和正常密封胶粘结区域进行了对比。

发黄区域的红外谱图中,除了密封胶(有机硅)的特征吸收峰之外,在2852.72 cm⁻¹处多出了一个吸收峰,这个峰归属于CH₂的对称伸缩振动——说白了,就是烷烃类物质的指纹。

样品NG1黄变区域表面与密封胶FTIR谱图

样品NG1黄变区域表面与密封胶FTIR谱图

同时,我们将未固化密封胶原料与NG件上已固化的密封胶进行对比,发现固化后的密封胶在2161.57 cm⁻¹处(Si-H键,固化剂特征峰)已无明显吸收,说明密封胶固化完全,不存在固化不良的问题。

未固化密封胶与固化密封胶FTIR对比图

未固化密封胶与固化密封胶FTIR对比图

到这里,线索越来越清晰了:密封胶固化没问题,但发黄区域多了一种烷烃类物质,这种物质不是密封胶的成分,也不是果冻胶的成分——它来自底板。


第五步:Py-GCMS——锁定烷烃污染源

最后一步是裂解气相色谱-质谱联用(Py-GCMS),我们分别取了NG溢胶区域的样品和纯果冻胶原料,在300°C下裂解进行成分对比。

两者的主体峰都是有机硅硅氧烷的特征峰,符合预期,但在保留时间20.72 min处,溢胶区域比纯果冻胶多出了一个微小的色谱峰——经鉴定为烷烃。

NG溢胶区域与纯果冻胶原料Py-GCMS谱图

NG溢胶区域与纯果冻胶原料Py-GCMS谱图

果冻胶本身不含烷烃,溢出的果冻胶却检出了烷烃。由于果冻胶是从底板与密封胶之间溢出的,经过底板表面时会带走底板上的污染物,这个烷烃,就是从底板上"带"出来的。


失效原因

综合五步分析,失效链条已经完整:

  1. 底板在制程(很可能与焊接工序相关)中引入了烷烃类物质,残留在底板表面;

  2. 烷烃物质降低了密封胶与底板之间的表面能,导致密封胶无法有效润湿和粘结底板;

  3. 粘结不良的界面形成了通道,果冻胶在密封胶与底板之间溢出;

  4. 发黄现象是烷烃物质与密封胶在界面处共同作用的结果。

改善建议

  1. 排查焊接工艺:重点检查助焊剂、清洗剂等含烷烃的工艺辅材,评估其在底板表面的残留情况,必要时优化清洗工序。

  2. 审核底板制程:从底板加工到组装的全流程排查烷烃物质的引入环节,增加底板表面清洁度检测(如接触角测试)作为来料或工序监控手段。

  3. 粘结性验证:在工艺改进后,进行密封胶与底板的拉拔力测试或剪切强度测试,验证粘结改善效果。

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