印制板及其組件(PCB&PCBA)是電子產(chǎn)品的核心部件，PCB&PCBA的可靠性直接決定了電子產(chǎn)品的可靠性。為了保證和提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，對失效進行全面的理化分析，確認失效的內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)，提高元器件可靠性。
集成電路復雜度與性能要求的持續(xù)攀升，疊加設計、制造、封裝及應用環(huán)節(jié)的潛在風險，導致短路、開路、漏電、燒毀、參數(shù)漂移等關鍵失效模式頻發(fā)。這不僅造成昂貴的器件報廢與系統(tǒng)宕機，更常引發(fā)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(jīng)濟損失與信譽風險。
高分子材料性能要求持續(xù)提升，而客戶對高要求產(chǎn)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(fā)，常引發(fā)供應商與用戶間的責任糾紛及重大經(jīng)濟損失。
金屬構件服役環(huán)境日益苛刻，對材料性能和結(jié)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(fā)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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速看！一例典型的焊點連錫失效案例
發(fā)布時間： 2025-09-04 00:00
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連錫指兩個及多個焊點被焊料連接在一起，造成外觀及功能上不良。結(jié)構設計缺陷、工藝不良、焊料不良等都會導致元器件出現(xiàn)錫珠、連錫、虛焊等失效問題，影響產(chǎn)品使用可靠性。

某LED 顯示模組表面噴墨后高溫烘烤，烘烤后出現(xiàn)大量錫珠，且局部列亮。

接下來將通過無損檢測、表面分析、切片分析、成分分析等失效分析手段，查找模組烘烤后出現(xiàn)大量錫珠的原因，并提出改善建議。

1.失效復現(xiàn)&外觀檢查

對模組通電后進行失效現(xiàn)象確認，不良樣品模組均出現(xiàn)列亮異常，未噴墨樣品未見明顯異常。

NG模組燈珠焊點周圍，外觀檢查均發(fā)現(xiàn)大量錫珠存在；而未噴墨的正常樣品模組燈珠焊點周圍均未見明顯異常。

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圖1.NG樣品與未噴墨OK樣品光學檢查照片

2.無損檢測

NG模組列亮異常燈珠焊點周圍發(fā)現(xiàn)有大量錫珠現(xiàn)象，局部存在連錫異常；OK模組燈珠焊點周圍未見明顯異常。

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圖2.NG和OK透射檢查照片

3.表面分析

 NG透射檢查燈珠連錫異常位置剝離燈珠后，燈珠焊盤間確實存在連錫異常；未剝離燈珠邊緣也可見有明顯錫珠存在；焊盤處焊錫與連錫處焊錫成分均為錫鉍焊料，未見明顯區(qū)別。

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圖3. NG連錫燈珠機械剝離后界面形貌及EDS成分結(jié)果


 OK燈珠剝離后界面和未剝離燈珠周圍均未見錫珠及連錫異常。

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圖4.OK燈珠機械剝離后界面形貌及EDS成分結(jié)果


4.剖面分析

 NG連錫處焊錫和OK正常焊點焊錫，兩者均為錫鉍焊料，形貌和成分均未見明顯區(qū)別；油墨與阻焊層之間界面輪廓清晰，界限分明，未發(fā)現(xiàn)明顯反應跡象。燈珠焊點焊錫高度對比顯示：連錫燈珠的焊點焊錫高度為28.3μm，遠低于正常樣品燈珠焊點高度。


      以上結(jié)果可以說明：NG連錫處焊錫來自焊點焊錫，其形成過程推測為：焊點在高溫烘烤過程中熔融，被周圍油墨膨脹排擠而導致連錫發(fā)生，后續(xù)對連錫形成機理進一步分析。


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圖5.NG#連錫燈珠切片后截面形貌及EDS成分譜圖


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圖6.OK#燈珠焊點切片后截面形貌及EDS成分譜圖

5.油墨成分分析&含水量分析

   油墨EDS成分分析顯示：油墨含有Si/C/O/Ti/Al元素；

   油墨FTIR成分分析顯示：油墨主要成分為二氧化硅填充的氨基丙烯酸樹脂。

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圖7. 油墨形貌及EDS成分分析譜圖

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圖8. 油墨FTIR分析譜圖


對油墨中水含量進行測試，結(jié)果顯示油墨中水重量百分比含量為1.38％。

6.熱性能分析

6.1 熔點測試


      將錫膏融成錫塊后，對錫塊熔點進行測試，結(jié)果如下：

      1）焊錫熔點為138.3℃。

      2）模擬試驗：焊錫+油墨（混合比例1：1）熔點為137.5℃，與未添加油墨時焊錫熔點無明顯區(qū)別，說明焊錫熔點未受到油墨的影響。

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圖9.焊錫熔點測試曲線


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圖10.焊錫+油墨（比例1：1）熔點測試曲線


6.2 油墨TG測試

   參考BS EN ISO 11358-1:2014 塑料 聚合物熱重法（TG） 第1部分：通則，對油墨TG進行測試，結(jié)果如下：

油墨質(zhì)量在112.3℃-250℃之間急劇降低，說明在該溫度區(qū)間，油墨發(fā)生了急劇的揮發(fā)分解反應。而焊錫熔點在137.5℃-138.3℃，油墨急劇揮發(fā)時，焊錫處于熔融狀態(tài)，故焊點焊錫一定承受了來自油墨揮發(fā)及膨脹的內(nèi)應力作用。

7.模擬試驗

   對未噴油墨模組涂抹油墨后，分別在不同溫度條件下烘烤一定時長，然后對烘烤后樣品進行透視檢查，結(jié)果如下：


      1）70℃-130℃恒溫烘烤后，發(fā)現(xiàn)模組燈珠焊錫周圍未見明顯錫珠異常。


      2）140℃/160℃恒溫烘烤后，發(fā)現(xiàn)模組燈珠焊錫周圍可見大量錫珠現(xiàn)象，不良現(xiàn)象與失效樣品一致。


      以上結(jié)果說明，烘烤溫度高于焊錫熔點后，模組燈珠焊錫周圍一定會有錫珠異常的產(chǎn)生，而溫度低于焊錫熔點時，將不會產(chǎn)生錫珠及連錫等異?，F(xiàn)象。


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圖11.模擬噴墨烘烤后X-Ray透射檢查圖片


8.總結(jié)與建議

結(jié)論：綜上所述，模組發(fā)生列亮異常的直接原因為模組燈珠焊點間發(fā)生了連錫異常，而連錫產(chǎn)生的原因為噴墨后烘烤過程中，溫度高于焊錫熔點，導致焊點焊錫熔融，而油墨在該溫度下急劇揮發(fā)、膨脹，導致周圍熔融焊點被排擠而出現(xiàn)連錫及爆錫錫珠異常。


建議：降低烘烤溫度，建議按照規(guī)格書固化工藝參數(shù)進行管理。


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