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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ACF导电粒子"消失"了,意味着什么?

发布时间: 2026-08-13 00:00
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在手机模组组装中,ACF(异方性导电胶)是实现FPC(柔性电路板)与玻璃基板电气互连的核心材料,它导电靠的是一种微米级的"小球"——导电粒子,这些粒子通常为树脂核表面镀 Ni/Au 的多层结构,分散在绝缘胶膜中;bonding 时被压在 FPC 金手指和玻璃 ITO 电极之间,受压变形后 Ni/Au 镀层与两侧电极接触,形成 Z 方向的导通回路。

你可以把每一颗导电粒子理解成一个微型"开关"——压对了,它通;压坏了或者被腐蚀了,它就断。

这次客户遇到的问题,恰恰就是最让人头疼的那种:导电粒子"消失"了,不是某一颗两颗的问题——是整个模组的导电粒子印痕都看不到了,手机直接功能失效、显示异常。

更棘手的是,失效不只出现在组装线上,高温高湿试验后也出现了同样的现象,这意味着问题可能不是偶发操作失误,而是系统性缺陷。

客户送来了三类样品:

  • 3 片 NG 功能失效品

  • 3 片高温高湿后失效品

  • 2 片已绑定但未做功能测试的 FOG 对比样

带着"到底是材料问题、工艺问题、还是环境问题"的疑问,我们展开了系统分析。


1.光学分析:NG样品导电粒子印痕"消失"

利用超景深数码显微镜,对NG失效品、高温高湿失效品和FOG对比样的玻璃面进行对比观察。

FOG对比样和高温高湿失效品的玻璃面上,都能清晰看到导电粒子被压扁后留下的圆形印痕——这是ACF bonding正常导通的标志;但NG失效品的玻璃面上,导电粒子印痕几乎看不到。

样品光学图片

样品光学图片

样品光学图片

样品光学图片

导电粒子印痕的消失主要有两种可能:要么bonding时压根没压上,要么粒子在后续过程中被腐蚀掉了。到底是哪种?需要放大看形貌。


2.SEM形貌分析:导电粒子被腐蚀,还有液体流淌痕迹

将 NG 失效样品与 FOG 对比样品分别拆解,分离 FPC 面与玻璃面(ACF 胶主要残留在玻璃面),采用SEM进行形貌观察。

  • NG失效品出现了两类异常。一是玻璃面ACF胶上的导电粒子不完整,表面有明显被腐蚀的形貌,粒子周围还能看到液体流淌干燥后留下的痕迹——说明腐蚀位置曾经有液体存在;二是在另一片NG样品上,导电粒子有明显的压爆痕迹。对应的FPC面也有异常:表面有残胶残留,并出现黑点。

NG失效品SEM图片

NG失效品SEM图片

NG失效品SEM图片

  • FOG对比样的玻璃面和FPC面形貌均正常,导电粒子完整,无腐蚀、无压爆。

FOG对比样SEM图片

FOG对比样SEM图片

FOG对比样SEM图片

SEM给出了两条线索:腐蚀指向化学因素,压爆指向机械因素。但腐蚀的"元凶"是什么?液体又从哪来?需要做元素分析。


3.EDS元素分析:腐蚀位置检出Cl,非腐蚀区域未检出

用X射线能谱仪(EDS)对NG失效品玻璃面ACF胶的腐蚀位置和对应FPC面进行元素分析,同时检测玻璃非腐蚀表面作为对照。

具体来看,玻璃面腐蚀区域检出氯(Cl)含量在0.2~1.0 wt%之间,FPC面对应腐蚀位置Cl含量更高,达到2.3 wt%,而玻璃面非腐蚀区域的所有测试点均未检出Cl。

样品EDS能谱图

样品EDS能谱图

样品EDS能谱图

Cl⁻(氯离子)是对镍(Ni)具有强腐蚀性的离子,导电粒子的中间导电层正是Ni——Cl⁻在液态环境下(SEM观察到的液体流淌痕迹即为证据),会诱发Ni层的电化学腐蚀(点蚀),但Cl⁻腐蚀的到底是导电粒子自身的Ni层,还是FPC上的镍层?切片分析来回答这个问题。


4.切片分析:NG镍层腐蚀远超ENIG正常水平

将NG失效品和FOG对比样用环氧树脂固化封装,研磨抛光后观察剖面。

NG失效品的FPC镍层表面腐蚀严重,导电粒子压缩变形量大;FOG对比样的镍层也有轻微腐蚀——但这属于化学镍镀金(ENIG)工艺的固有特征,镀金过程中会对镍层产生一定程度的腐蚀,有的深一些有的浅一些,属正常现象。

NG失效品切片SEM图片

NG失效品切片SEM图片

FOG对比样切片SEM图片

FOG对比样切片SEM图片

关键差异在于腐蚀程度:NG样品的镍层腐蚀已远超ENIG工艺的正常范围,表面严重破损。镍层被腐蚀后表面粗糙度增大、结构松散,导电粒子在bonding压合时与受损镍层接触,不仅导电路径受阻,还可能因界面不平整导致局部过压——这与SEM观察到的"压爆"现象互相印证。


5.FTIR分析:ACF胶主成分一致,排除材料问题

利用傅里叶变换显微红外光谱仪,对NG失效品和FOG对比样的ACF胶进行主成分对比。

两者的红外谱图吸收峰位置和强度均无明显差别,主成分均为聚氨酯;此外,与NG同批次的ACF胶固化率在91%以上(数据来自同批次检测报告),说明胶水固化充分。

样品FTIR对比谱图

样品FTIR对比谱图

这一步排除了ACF胶材料本身的问题——胶没换错,也没固化不良。问题不在材料,而在界面。


6.TOF-SIMS分析:NG样品FPC面镍氧化物含量偏高

利用飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS),对NG失效品和FOG对比样的FPC面进行表面微区成分分析,将两者的质谱图做差谱处理。

差谱结果显示,NG失效品FPC表面的镍氧化物信号显著高于FOG对比样,说明NG样品的镍层确实发生了更严重的氧化腐蚀。

样品FPC面TOF-SIMS谱图

样品FPC面TOF-SIMS谱图

TOF-SIMS从表面化学层面进一步确认了切片分析的结论:NG样品的FPC镍层发生了严重的氧化腐蚀,镍层过腐蚀后,导电粒子与镍层的接触界面遭到破坏,导电粒子自身的Ni层也受到Cl侵蚀,双重作用下导电粒子彻底失去导通功能。


失效原因:

综合六步分析,失效的因果链条如下:

1. FPC镍层过腐蚀(ENIG工艺异常)

化学镍镀金(ENIG)工艺本身会对镍层产生一定腐蚀,这是该工艺的固有特征。但NG样品的镍层腐蚀程度远超正常水平,说明ENIG工艺参数可能存在偏差(如镀金液浓度、浸金时间、温度等控制不当)。

2. Cl元素加速腐蚀

EDS在腐蚀位置检出Cl元素(0.2~2.3 wt%),而非腐蚀区域未检出。Cl⁻是诱发镍电化学腐蚀(点蚀)的典型离子,在液态环境下(SEM观察到的液体流淌痕迹即为证据),Cl⁻加速了镍层的化学溶解,使腐蚀从"轻微"发展为"严重"。

3. 导电粒子双重失效

ACF导电粒子通常为树脂核表面镀 Ni/Au 的结构,分散在绝缘胶膜中。正常情况下,bonding压合使外层破裂、Ni/Au层与两侧电极接触导通。但在NG样品中:

  • 镍层过腐蚀导致界面粗糙、接触阻抗增大

  • Cl侵蚀导电粒子自身的Ni层,粒子被腐蚀后不完整

  • 部分粒子因界面不平整被过度压爆

三重因素叠加,导电粒子要么接触不到、要么接触阻抗过高,等效于"消失"——模组失去导通回路,功能失效。


改进建议

  1. 排查ENIG工艺参数:重点检查化学镍镀金线的镀金液浓度、浸金时间、温度等关键参数,确保镍层腐蚀控制在正常范围内。

  2. 管控Cl来源:Cl可能来自FPC清洗工序的残留、助焊剂成分、或环境引入。建议增加FPC表面清洁度检测(如离子色谱法测Cl⁻含量),在bonding前确保表面无Cl残留。

  3. 优化bonding压力参数:部分NG样品存在导电粒子压爆现象,建议结合镍层表面状态调整压合压力,避免在粗糙界面上局部过压。

  4. 建立来料镍层腐蚀评估机制:对FPC来料进行抽样切片,评估镍层腐蚀程度,将异常批次拦截在bonding之前。

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