2015/03/11 • 24条评论

电路板零件掉落，该如何着手分析、判断并釐清问题点

【电路板零件掉落】似乎是很多制程及品管工程人员的梦餍，188金宝搏苹果下载 之前也曾经撰文分享过自己遇到的几个零件掉落的案例，只是每个人所遇到的问题都不尽相同，有鑑于许多新手碰到这类问题大多不知该从何下手开始分析，所以这里就来分享一下自己的方法与步骤给大家参考。

（当然，欢迎专业人士提出您的见解，毕竟有意见或火花才会有进步，188金宝搏苹果下载 也不敢说自己的方法或步骤就是最好，就只是经验分享。）

一般如果是电路板上的零件掉落，其问题大多与「焊接品质」脱离不了关系， 而其最终答案似乎不外乎下列几种之一，或是混合两种以上结果：

  • 电路板子的表面处理有问题。
  • 零件的焊脚表面处理有问题。
  • 板子或零件储存条件不良造成氧化。
  • 回焊(Reflow)温度制程出问题。
  • 焊接强度无法承受实际使用的外力影响。

电路板零件掉落不良分析的几个步骤：

以下就针对店路板零件掉落来分析步骤来陈述，因为硬要把某些动作分步骤，可是有些步骤似乎又与其他步骤相关，所以如果有说明不清楚的地方，请留言讨论。

第一步，资讯取得

这点很重要，如果源头错了，后面再怎么精彩都是白费。

请先向问题反应者确认不良现象的描述为何，并且先试着查询瞭解下列的资讯：

  • 发生什么问题？请尽量将不良的现象描述清楚。零件是在什么情况下掉落？产品有没有摔落过？在什么环境下发生的(加油站、室外、室内、空调)？有没有经过什么特殊的测试(高低温)？
  • 问题发生在客户端？还是生产制程中？问题是在制程的那一个步骤发生或发现？
  • 问题是什么时候发生的？是生产过程中发现？或是成品测试时才发现？不良品有没有集中在同一个Date-code？
  • 板子的表面处理为何？ENIG？OSP？HASL？ENIG会有黑镍问题，HASL会有第二面过炉吃锡不良问题，OSP会有过期吃锡不良的问题。
  • 板子的厚度？ 0.8mm？1.0mm？1.2mm？1.6mm？ 板子越薄，变形弯曲的机会就越大，锡裂的问题也就可能越多。
  • 零件焊脚的表面处理为何？Matte Tin？镀金？
  • 锡膏的主要成份？SAC305(锡银铜)？SCN(锡铜镍)？ 不同锡膏的熔点会不一样。
  • 如果可以调出当时的reflow量测曲线最好。

第二步，取得不良品，保留证据以利后续分析

请取得不良品的电路板实板，如果零件已经完全掉落，最好也要取得掉落的零件，这样才有对照组可以作完整的分析。不良品如果不只一件，衡量实际状况，可以取得越多越好。

第三步，检查电路板的焊性

拿到不良品后，要同时检查电路板及零件脚的焊性，观察其间的差异。

检查焊性时，建议要在显微镜(microscope)下观察，这样比较可以看到一些细微的问题。

要查看焊锡在电路板的焊垫(盘)上有无拒焊或是缩锡(de-wetting)等不良现象，这类问题通常来自电路板的表面处理不良或是电路板的储存环境不佳以致造成焊垫氧化而引起。

当然有时候也会有回焊炉温度不足造成焊不上去的问题。这时候可以用烙铁试看看焊垫能不能吃锡，如果连烙铁都吃不了锡，就几乎可以判定为PCB本身的问题了。

请注意：有些喷锡板使用「锡铜镍(SCN)」的成分，其熔点比SAC305高了10°C。SAC305熔点为217°C；SCN熔点为227°C。

如果也可以进一步排除电路板储存条件不良所造成的氧化，就可以请PCB供应商过来直接看产品，或是把PCB退给供应商分析处理了。

如果有争议，可以先量测表面处理的厚度。一般ENIG要检查金层及镍层的厚度；而HASL要检查喷锡的厚度，OSP就直接看有无氧化。

如果还有争议，就要作切片作详细的分析了。

更多阅读：
无铅喷锡板(HASL)上锡不良资料收集
ENIG表面处理PCB焊垫的两大潜在问题(黑镍与富磷层)及预防措施

第四步，检查掉落零件脚的焊性

建议也要在显微镜下观察零件脚的焊锡性，这样比较可以看到一些细微的肉眼看不到的现象。

要查看零件脚上是否吃锡良好，建议检查一下零件脚的镀层组成成份，查看看其熔锡温度是否符合迴焊炉的温度。有些使用银镀层溅镀处理的零件，其溅镀银只是附着在零件表面，其银成份容易被SAC锡膏吃掉，造成焊接强度降低的问题。

请注意，有些零件脚的切断面会有露铜没有电镀的区域，这个地方通常不易吃锡，但一般都会设计在不需要吃锡或是不重要的地方。QFN侧面就不一定要吃到锡。

更多阅读：
QFN封装的焊接品质
零件掉落与端点使用银镀层的关系？

第五步，检查掉落的零件脚是否连带焊垫一起带起

如果电路板及零件脚的焊性都没有问题，就要看看电路板上的焊垫/焊盘是否也脱离了或连在掉落的零件脚上，如果是，也可以进一步确认零件与PCB的焊接是良好的，更可以证明回焊(Reflow)没有问题。

如果焊垫没有被掉落的零件一起带走，这时候可以先检查回焊的温度曲线有无符合锡膏的要求，如果有多余的不良品，最好可以用烙铁试看看能否将掉落的零件焊接回电路板。如果可以焊得回去，表示温度或是锡膏可以加强来克服这个问题，不过建议要作一下零件的推力测试，拿确认没有问题的板子，与现在重新调整锡膏与温度曲线的板子，一起作推力比较有无差异，如果有差异，建议检查一下PCB的表面处理，有时候表面处理不良，会造成局部焊垫氧化，ENIG的表面处理可能有黑垫问题，HASL的第二面可能会有IMC已经生成问题。

更多阅读：
零件掉落与镀金厚度的关系

第六步，检查零件掉落的断面

请在显微镜下观察电路板及零件脚的剥离面，看看其断面是粗糙或是光滑面。粗糙面通常是受到一次性的外力造成零件剥离掉落；光滑面通常是长期震动下造成的断裂，如果是ENIG的PCB也有可能是黑镍造成剥落在镍层。

第七步，切片检查IMC打EDX

如果以上的步骤都没有办法判断零件掉落的问题，最后就要作破坏性的切片了，切片的时候建议电路板及掉落的零件都要作。

作切片的目的有二：

  • 检查有无IMC生成，IMC生成是否均匀，另外要打EDX看看是哪种IMC成份。不在乎IMC的厚度，IMC如果生长不均匀或局部没有生成就会降低焊锡的强度，零件的推力就会降低。IMC生长不良原因可能是氧化或温度不足。
    延伸阅读：    PCB焊接强度与IMC观念
  • 精准的确认断裂的地方发生在哪一层。
    如果断裂点在IMC层，通常表示焊锡性没有问题，但是焊锡强度不足以应付外力对它的冲击，这一般是社计上必须解决的问题。只是有些RD会要求BGA或零件加Underfill或点胶来补强。
    如果断裂面不在IMC层而在PCB端，那就比较偏PCB的问题了。
    相反地，如果断裂面在零件端，就比较偏向零件的问题。

以上只是个人的经验整理与分享，欢迎您提供自己分析问题的方法。

延伸阅读：
Micro-USB连接器掉落的解决对策
连接器使用一段时间后掉落问题探讨
板对板连接器(B2B connector)掉落的改善措施
如何判断BGA掉件是SMT工厂制程或是设计问题?

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24个回应

  1. Tony
    2021/08/27

    Hi 188金宝搏苹果下载 :
    据您的说法银溶解进锡膏 (使用低温锡Sn62Pb36Ag2)，
    这样银分离时应该会有像融化的型态，
    但现在碰到的异常是经过高低温测试后整片银完整分离，
    用显微镜看分离银的背面(正面已经跟锡结合)有发现一些裂痕，
    不确定是不是当初印制时干燥不完全还是甚么原因导致内部有空洞，
    所以才会在高低温时出现异常，
    不知道以上的分析方向是否正确，
    以及有哪些原因会造成印制干燥不完全?

    恳请协助解惑，感谢您

    Reply

    • 188金宝搏苹果下载
      2021/08/29

      Tony,
      如果你可以确认是银整片剥离而不是融解，那就直接找零件的厂商分析。
      另外，重复加热也会使得这些金属从非非金属剥离。

      Reply

  2. Tony
    2021/08/25

    Hi 188金宝搏苹果下载 :
    目前碰的一个状况想像您请教，
    银使用厚膜印刷印在陶瓷基板上，在使用低温锡在银上黏贴元件，
    但经过高低温测试后元件异常脱落且连同银一起分离。
    不知道有没有遇到类似的状况以及可能的原因? 感谢您

    Reply

  3. mark
    2021/02/04

    188金宝搏苹果下载 大神：您好！上面您提到的imc相关影片（https://youtu.be/hmIXmfMye00 ）在大陆无法正常观看，能否分享到百度网盘或发至邮箱供我们学习观看。感谢

    Reply

    • 188金宝搏苹果下载
      2021/02/04

      mark,
      大陆的盗版太严重了！

      Reply

  4. KEN
    2019/06/21

    Hi 188金宝搏苹果下载 你好：

    很感谢你的建议，我们会先暂时排除外力的问题，主要原因是零件有掉下来的板子，是放在先保护套内再放在箱子内，然后放在实验室等待出货用，所以我们之前是先从IMC的生长不佳的方向调查，和我们的工厂讨论后,工厂认为是零件氧化，但同时他们也认为从切片看来，IMC生长也很全面正常，但我的认知是如果零件有氧化，应该无法和钖有化学反应，IMC层应该会有不连续的情况才对，所以我们决定再把之前同一批DATE CODE的板子针对同一个零件再做一次切片，我也会再建议工厂把另外的零件也做切片分析，再一次感谢你的回覆.

    Reply

  5. Ken
    2019/06/20

    Hi 188金宝搏苹果下载 :

    我想再补充说明几点

    1.断列的点在零件焊接点的IMC层,是不是因为IMC层太薄或有不连续的情况造成?
    2.PCB的IMC厚度从0.8UM到3.12UM都有,这样算有均匀吗?

    Reply

  6. Ken
    2019/06/20

    Hi 188金宝搏苹果下载 你好:

    很感谢你把这么好的文章分享出来给大家,我本身是RD,最近我的案子发生固定位置零件掉落的现象,我们和工厂讨论,但都没有一些结纶,我有先拜读你的网站,了解IMC的重要性,也有想要去分析,但针对这些资讯,我无法有效的判读,所以想请你给我一些建议,我先解释发生原由,是客户收到货后发现内部有异音,所以打开机构发现有一颗CHOKE掉落,而后由我们清查放置在常温下的PCBA发现也有一些板子有同一颗CHOKE掉落的问题比率为9/42,我们有做了一些实验,由工厂判断,掉落的断面是在零件面,但我看CHOKE接脚上有钖的存在,我们有做切面,也有打EDX ,由工厂提供的切面报告在PCB PAD上是完整,但在掉下来的零件上有一些不完整,但工厂的回覆是在PAD的焊接面也有发现IMC,所以零件应该也是完整的,EDX的结果是PCB CU/13.51 SN/52.34 NI/12.86 C/11.96 O/3.84 PT/5.49 在零件端:CU/1.68 SN/44.14% NI/17.71 C/23.28 O/4.35 PT/8.84, PCB端的IMC 厚度1u~3u
    零件端的没有量,因为已经不完整,我们用的钖型号是千住S70G-HF (成份Ag3.0-Cu0.5-Sn), 零件厂商提供他们镀层是镍和钖, 我们的PCB是OSP,板厚是1.6mm , 我想请问的是依你的专业看完我的说明你认为有可能掉落的原因是什么?还是我们有什么实验可以做去证明掉下来的原因呢?谢谢你

    Reply

    • 188金宝搏苹果下载
      2019/06/20

      Ken,
      一般来说IMC有两层，一层出现在PCB与锡膏之间，另一层出现在锡膏与零件之间。
      如果已确定断裂面出现在零件端的IMC，可能原因为外力（撞击或是板弯应力），或是零件焊点氧化造成焊接不良（IMC生长不佳）。
      IMC本身生长就是会有厚度高高低低，IMC厚度生长是否均匀，要看IMC有无断开处，IMC就像是黏接砖块的水泥，IMC如有不连续则强度会变弱。
      板子上如果有其他的Choke零件，建议可以同时切片其他没有问题的零件，比较其IMC的生长情形以资比对。

      Reply

  7. Paul
    2019/01/25

    谢谢188金宝搏苹果下载 您的说明与建议~
    Paul

    Reply

  8. Paul
    2019/01/18

    Hi 188金宝搏苹果下载 您好
    确认过IMC层是Cu3Sn的成分的了,虽然产品的使用不是在高温环境,但是有常温温控(室温)的环境使用产品不到6年的情况下就出现因Cu3Sn IMC 导致SMD零件脱落的产品可靠度问题,还真的不知能从何下手改善与预防!
    再次感谢您几回专业的建议,tks!
    Paul

    Reply

    • 188金宝搏苹果下载
      2019/01/18

      Paul,
      感谢你的后续通知，经验上5年左右确实可以看到IMC从Cu6Sn5转为Cu3Sn，这也是为何一般我们不太建议OSP的原因之一，但有些研发只愿意看眼前当下通过DQ测试。

      Reply

    • 188金宝搏苹果下载
      2019/01/18

      Paul,
      IMC劣化了，一般解决方法有
      1. 机构补强设计。
      2. 点Epoxy固定强化。
      3. 新产品设计时先做还测后再做落下测试，可以Q掉一部分设计问题。

      Reply

  9. Paul
    2019/01/16

    188金宝搏苹果下载 您好,
    想确认一下您提到IMC不是”全面生长”的判定方式是否是:分散去取样PCBA上零件脱落的不同位置,再以SEM确认IMC成像的各区域结果进行比较,如果各区域的IMC成长现象都是相似的,则表示不是局部轻微氧化所致,有可能是整片PCB 铜箔表面的问题,或是IMC层随着时间增长的缘故,由Cu6Sn5变化为Cu3Sn 导致焊接面的结构强度变弱?
    另外,再请教一下因为本案例失效模式都是PCB与焊料(SAC305)之间的IMC脱离,而不是发生在零件引脚与焊料的IMC脱离,是否也能理解为PCB铜箔的Cu元素分子加速了Cu3Sn生成;而有别于一般零件脚虽然也是以铜材为基础,但是零件端子或引脚上有高比例或是纯锡的表面镀层处理再与后续的回焊制程锡膏结合,生成的IMC 会较少转换为Cu3Sn,所以零件引脚与焊料IMC脱离的失效模式在此案例不易出现之?
    恳请抽空解惑,感谢您~

    Paul

    Reply

    • 188金宝搏苹果下载
      2019/01/16

      Paul,
      1. 建议你先看一下这段影片 https://youtu.be/hmIXmfMye00 应该会有进一步的了解。
      2. Cu3Sn劣姓IMC没有那么容易形成的。除非一直放在高热环境，或是长时间。拿切片去打IMD的EDX也可以知道是哪种成分的IMC。

      Reply

  10. Paul
    2019/01/15

    188金宝搏苹果下载 您好,
    小弟拜读您的文章(电路板零件掉落不良分析的几个步骤)中：
    想请教您:第七步，切片检查IMC打EDX之作切片的目的有二: 有提到的如果断裂面不在IMC层而在PCB端，那就比较偏PCB的问提了。
    我的问题是:近期发现2012年生产的PCBA,PCB 是OSP的表面处理再经过 2 次回焊制程后,只经过1次回焊的Top side 的零件轻受外力推碰零件(铝质电容/Connector…等等)就会脱落,Bottom side (过了2 次回焊制程)的零件要用较Top side 稍大的力量才能推落零件,零件脱落的现象是IMC层与 PCB pad 分离, PCB pad上的铜材颜色明显为橘红色(所以我会判断断裂面在PCB),EDX 成分分析的重量%结果Cu: 80.59%,C:17.31% , O:1.32% , Sn:0.78%;想了解能说明该问题与PCB 端还是回焊制程的关联较大,望您指点迷津,谢谢~

    Paul

    Reply

    • 188金宝搏苹果下载
      2019/01/15

      Paul,
      从你描述的现象应该是PCB表面有轻微氧化，建议照SEM看看IMC生长是否均匀。如果IMC不适全面生长，则氧化机会很大。
      两次回焊只是让IMC长厚一点，所以强度可能会好一点点。
      你的EDX打的应该是断裂的PCB面，可能看不太出来什么东西。打到Cu是正常的，打到太多的C或O需判断是断裂后的沾污还是原本就留在上面的东西。比较建议打铃外一面(零件面，有IMC那面比较能看出东西)

      Reply

  11. Vincent
    2015/03/22

    分析的面很广，鼓掌！
    按照上述步骤来分析，恐怕一个问题要花很长时间才能得出结论，或者无头案也有可能！

    Reply

  12. wu chuanbin
    2015/03/19

    请问你的文章可以转载吗？

    Reply

    • 188金宝搏苹果下载
      2015/03/20

      Wu;
      请参考「文章转载原则」
      其实作者写一篇原创文章或是整理文，通常得要花上好几个工作天的时间，有时候甚至要好几个星期来收集资料并酝酿，最后才能完成一篇文章，如果您可以体会作者的辛苦，相信您对于文章转载就会有不同的想法，毕竟纯粹的复制、贴上这种行为是很难瞭解创作者的辛苦。

      Reply

  13. 肥喵
    2015/03/12

    感谢熊大的分享,不过也有一些状况是非整批性的问题只有出现少量比例的零件掉落,那就多为PCBA handling issue了,其实也可透过不良零件旁的flux残余状况判定是reflow前或reflow后发生, 当然零件掉落断面的观察也非常重要,如发现斜面的裂纹可能有应力造成,如果发现一些放射状的裂纹就可能有点状压力了,请参考

    Reply

    • 188金宝搏苹果下载
      2015/03/12

      肥喵;
      不错的经验分享!当初没有想到这一些产现撞掉的情况~

      Reply

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