印制板及其組件(PCB&PCBA)是電子產品的核心部件，PCB&PCBA的可靠性直接決定了電子產品的可靠性。為了保證和提高電子產品的質量和可靠性，對失效進行全面的理化分析，確認失效的內在機理，從而有針對性地提出改善措施。
電子元器件失效分析的目的是借助各種測試分析技術和分析程序確認電子元器件的失效現象，分辨其失效模式和失效機理，確認最終的失效原因，提出改進設計和制造工藝的建議，防止失效的重復出現，提高元器件可靠性。
集成電路復雜度與性能要求的持續攀升，疊加設計、制造、封裝及應用環節的潛在風險，導致短路、開路、漏電、燒毀、參數漂移等關鍵失效模式頻發。這不僅造成昂貴的器件報廢與系統宕機，更常引發設計方、代工廠、封測廠與終端用戶間的責任爭議，帶來重大經濟損失與信譽風險。
高分子材料性能要求持續提升，而客戶對高要求產品及工藝的理解差異，導致斷裂、開裂、腐蝕、變色等典型失效頻發，常引發供應商與用戶間的責任糾紛及重大經濟損失。
金屬構件服役環境日益苛刻，對材料性能和結構可靠性提出更高要求。然而，設計缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不當使用等因素，極易引發疲勞斷裂、應力腐蝕開裂、氫脆、蠕變、磨損、過載變形等典型失效。
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同樣的焊料，為何我的IMC層又失效？

發布時間： 2025-03-26 00:00
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某PCBA貼片后熱壓焊端子線輕拉即脫落，電容/電阻元件輕微施壓也會掉件。未焊接的同批次SET板存在上錫不良現象。現對3pcs失效樣品進行一系列的測試分析，查找PCBA焊點焊接不良的根本原因。


1.外觀檢查

選取3處典型不良焊點，進行光學檢查，結果如圖1所示：多數不良焊點焊盤表面存在明顯潤濕不良現象，焊盤顏色發黑異常，個別焊點脫開，脫開界面焊盤側顏色發黑。

外觀檢查

2.表面分析

NG1：如圖2所示，焊盤潤濕不良位置表面平整，局部存在焊錫及助焊劑殘留現象；潤濕不良表面含有C、O、P、Sn、Ni元素，焊錫殘留位置含有C、O、Ag、Sn、Ni、Cu元素，助焊劑殘留位置含有C、O、Sn、Ni元素，均未見異常元素存在，排除污染對焊盤潤濕不良的影響。

NG2、NG3：潤濕不良位置形貌與NG1類似，成分含有C、O、P、Sn、Ni元素，未見異常元素存在。

表面分析

表面分析




3.剖面分析

NG1：如圖3所示，切片結果顯示：不良焊盤切片后，焊錫殘留位置及未殘留位置，都發現不潤濕現象；放大觀察后，不潤濕位置存在明顯的連續性鎳腐蝕異常；Ni層P含量為6.2wt%。

NG2、NG3：切片結果與NG1結果類似，不潤濕位置同樣發現連續性鎳腐蝕異常。

剖面分析

剖面分析




4.分析與總結

綜上所述：PCBA焊點焊接不良的原因主要與連續性Ni層腐蝕有關，Ni層腐蝕后，焊接過程中，Au層迅速熔融焊錫中，而作為焊接基底的Ni層無法與焊錫形成有效的冶金結合，即IMC層，最終導致焊點潤濕不良的發生。

Ni層腐蝕主要是因為PCB焊盤在浸金過程中，鎳層表面遭受過度氧化反應。大體積的金原子不規則沉積，及其粗糙晶粒之稀松多孔，造成底下鎳層持續發生『化學電池效應』(Galvanic effect)，進而使得鎳層不斷發生氧化，導致在金面下生成未能溶解的鎳銹持續累積而成。

總結：PCBA焊點焊接不良的原因主要與PCB焊盤Ni層發生了連續性鎳腐蝕有關，導致基底Ni層無法與焊錫生成有效的冶金結合，即IMC層，最終導致焊點潤濕不良的發生。

5.建議

增加PCB物料來料質量管控，如可焊性驗證測試，避免異常物料流入生產。



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