Analys av lödbarhet i PCB-plattor: Från defektplats till rotorsak till sprickbildning

2026-04-03 16:20

Vid PCBA-produktion är dålig lödbarhet i plattorna den främsta orsaken till lödfel, vilka ofta manifesteras som icke-vätande, halvvätande, tennkrympning, dålig tennpenetration, porbubblor, virtuell lödning, kalllödningetc. Felanalys är inte ett enkelt materialbyte, utan en standardiserad process för observation på plats → provberedning → instrumentdetektering → mekanismhärledning → processverifiering för att exakt lokalisera grundorsaken till defekter och undvika upprepning.

Elderly-friendly PCB motherboard

Kärnlogiken i felanalys är omvänd spårbarhet: med början från uppkomsten av löddefekter, eliminering av störande faktorer som lödprocess, lödning, flussmedel etc., låsning av material, beläggning, renhet och oxidationstillstånd hos själva kretskortsplattan, och slutligen ge en praktisk förbättringsplan. Analysprocessen bör följa principen om "-fält först laboratorie, kvalitativ först och sedan kvantitativ, enkel först och sedan komplex" för att effektivt spara tid och kostnader.
 

Steg 1: Felinventering på plats och preliminär bedömning

Först, samla in defektprover på plats och registrera fullständig produktionsinformation: typ av ytbehandling av kretskortet, produktionsbatch, lagringstid/miljö, lödparametrar (temperatur/tid/flöde), defektens placering, defektkvot och trend för defektfrekvens. Observation av defektens morfologi genom 10x förstoring/metallografiskt mikroskop, preliminär klassificering:
 

  1. Ingen vätning: lödningen är inte spridd alls, metallen på plattan är exponerad och det finns ingen vidhäftning → Det finns en hög sannolikhet att plattan är kraftigt oxiderad, organiskt förorenad och att pläteringen går sönder helt;

  2. Halvvätande: lödtennet sprider sig först och drar sig sedan tillbaka, delvis exponerat → lokala defekter i beläggningen, lätt oxidation och otillräcklig flussaktivitet;

  3. KrympningLödet krymper till en sfärisk form, och endast prickar fästs på → ytenergin är extremt låg, kraftig förorening och OSP-filmen förstörs helt.

  4. Dålig tennpenetration: den genomgående hålväggen är inte fuktad → föroreningar i hålväggen, beläggningsläckage, otillräcklig förvärmning och för kort dopplödningstid;

  5. Nålhålsbubblor: håligheter i lödlagret → kortet absorberar fukt, flussvattenånga och sönderfall av oxidskiktet i plattan;

  6. Svarta skivor åtföljs av icke-vätandeENIG-beläggen är svarta → typiskt korrosionsbrott i nickelskiktet.

 
Preliminär bedömning behöver utesluta processfaktorer: samma batch av kretskort, defekten försvinner efter att lödparametrarna/flussmedlet har bytts ut, vilket är ett processproblem; om flera enheter och flera felsökningar fortfarande är defekta, låses problemet med själva kretskortsplattan. Samtidigt jämförs lödbarhetstestresultaten för samma batch av olödda kretskort, och om det inkommande testet är okvalificerat kan defekterna hos det inkommande kretskortet fastställas direkt.
 

Steg 2: Standardiserad verifiering av lödbarhetstest

De defekta proverna och de intakta proverna från samma batch testades om för lödbarhet, och kombinationen av kantdoppning och svetsmetod + vätbalanseringsmetod användes för att säkerställa objektiva resultat. Testförhållandena följer strikt IPC J-STD-003, förenar lödning, flussmedel, temperatur och tid och eliminerar mänsklig påverkan.
 
Mål för omtestning: 1. bekräfta att defekter kan reproduceras och utesluta oavsiktliga faktorer; 2. kvantifiera vätningskraften, vätningsvinkeln och spridningsarean och jämför skillnaderna; 3. verifiera graden av dämpning av svetsbarheten efter åldring. Om omtestresultaten överensstämmer med platsen kan de föras in i laboratoriet för djupgående tester; om omtestet är kvalificerat betyder det att processparametrarna på plats driver eller fungerar felaktigt.
 

Steg 3: Djupgående testning av laboratorieinstrument

Instrumentell testning är kärnan i felanalys och lokaliserar noggrant grundorsaken genom mikroskopisk topografi, sammansättningsanalys, beläggningstjocklek och ytrenhetstestning. Vanligt förekommande utrustning inkluderar:
 
  1. Metallografimikroskop / SEM-svepelektronmikroskop Observera dynans mikroskopiska morfologi: oxidskiktets tjocklek, pläteringshål, flagning, svart nickel, hårstrån, organiska rester och IMC-skiktets morfologi. SEM kan förstoras upp till tusentals gånger för att tydligt identifiera nanoskaliga defekter såsom korroderade hål i nickelskiktet på svarta ENIG-skivor, sprickor i OSP-filmen.
     
     
  2. EDS-energispektroskopi Detekterar elementär sammansättning på dynans yta: om det finns en hög halt av O (syre) indikerar det kraftig oxidation; hög halt av C (kol), vilket bevisar organisk förorening; hög halt av S (svavel)/Cl (klor), vilket bevisar korrosion av sulfid-/kloridjoner; ENIG-dynor har för lågt Au-innehåll och onormalt Ni-innehåll, vilket bevisar att pläteringen är ineffektiv.
     
     
  3. XRF-beläggningstjockleksmätare Icke-destruktiv mätning av beläggningstjocklek: OSP-filmtjocklek på 0,2~0,5 μm är kvalificerad, ENIG-nickelskiktet är 3~5 μm, guldskiktet 0,05~0,15 μm är kvalificerat, och tjockleken på det nedsänkta tenn-/silverskiktet är upp till standarden. Otillräcklig eller kraftigt ojämn tjocklek leder direkt till bristande svetsbarhet.
     
     
  4. Ytrenhetstest (jonkontamineringstest) detekterar jonrester på ytan av plattan: kloridjoner, natriumjoner, kaliumjoner etc. överskrider standarden, vilket skadar vätningsgränssnittet, orsakar korrosion och lödavstötning. Industristandarder kräver jonisk kontaminering < 1,56 μg/cm² (NaCl-ekvivalent).
     
     
  5. Vätbalanstestare Kvantitativ analys av vätkraft - tidskurva: Jämfört med kvalificerade prover uppvisar defekta prover vanligtvis negativ vätkraft, för lång vättid, 90 % av F5
     
     
 

Steg 4: Härledning av felmekanismer och lokalisering av grundorsaker

Kombinerat med observationer av utseende, resultat av omtestning och instrumentdata härleds felmekanismen och grundorsaken identifieras:
 

Typiskt felfall 1: OSP-kortet väter inte ett stort område

 
Fenomen: Hela plattplattan är inte fuktad, och omtestet är fortfarande dåligt; EDS detekterar högt O2-innehåll och OSP-filmtjocklek < 0,15 μm. Grundorsak: onormal OSP-beläggningsprocess, otillräcklig filmtjocklek; lagringsutgång + hög temperatur och hög luftfuktighet, skyddsfilmen är helt nedbruten; Filmskiktet skadas av repor under transport.
 
 

Typiskt felfall 2: ENIG-dyna halvfuktad + svart skiva

 
Fenomen: Dynan är lokalt svartfärgad och halvvätningsförhållandet är högt; SEM visade korroderade hål i nickelskiktet och EDS detekterade onormala Ni/O-förhållanden. Grundorsak: Föroreningar i ENIG-processens nickeltank, pH-förlust, vilket resulterar i korrosion av nickelskiktet; Guldskiktet är för tunt för att skydda nickelskiktet och lagras för långsiktig oxidation.
 
 

Typiskt felfall 3: Vulkanisering av nedsänkt silverplåt förhindrar svetsning

 
Fenomen: Dynan är svart och spröd och den är inte alls fuktad; EDS detekterar höga S-nivåer. Grundorsak: Förvaringsmiljön innehåller sulfidgas och silverlagret bildar silversulfid, vilket förlorar svetsbarhet. Förpackningsförseglingen gick sönder och den fukttäta och antistatiska påsen användes inte.
 
 

Typiskt felfall 4: Dålig penetration av tennsprutplattan

 
Fenomen: Hålväggen på den genomgående hålplattan är inte våt, och ytan är fuktad normalt; SEM visar organiska rester i porväggen. Grundorsak: ofullständig rengöring av hålväggen under kretskortstillverkningsprocessen, rester från framkallare/lödmask; Våglödningen är inte tillräckligt förvärmd, och flussmedlet kan inte tränga igenom det kvarvarande lagret.
 
 

Typiskt felfall 5: Reduktion av satsvis tenn

 
Fenomen: Lodet är helt krympt till en bollform och det finns ingen spridning; Ytrenhetstestets joner översteg standarden. Grundorsaker: organisk förorening i tillverkningsprocessen (fett, släppmedel); Anställda vidrör dynorna med bara händerna och fingeravtryck kvarstår; Rengöringsprocessen misslyckas.
 
 
Genom mekanismhärledning kan tillverkningsfel i kretskort, lagrings- och transportfel samt processfel på plats tydligt urskiljas, vilket undviker blind ansvarsskyldighet och upprepade försök och fel.
 

Steg 5: Processverifiering och implementering av förbättringsplan

Utveckla förbättringsplaner för bakomliggande orsaker och verifiera effektiviteten genom testproduktion i låga batcher:

  1. Förbättring av beläggningsdefekterOSP-beläggningsparametrarna justeras för att säkerställa jämn filmtjocklek; Optimera ENIG nickelguldprocessen för att eliminera svarta skivor; stärk elektropläteringskontrollen för att undvika läckage och flagning;

  2. Förbättring av föroreningskontrollUppgradera rengöringsprocessen för att minska jonrester; Utför antistatisk och dammfri drift och rör inte vid plattan med bara händer; optimera lödmaskprocessen för att förhindra bläcköverflöde;

  3. Förbättring av lagring och transportStrikt vakuumförpackning, öka torkmedels- och fuktighetskort; Utför FIFO-hantering och kontrollera lagringscykler; Förbättra lagringstemperatur och fuktighet för att undvika sulfid-/kloridjonföroreningar;

  4. Förbättringar av processmatchningOptimerad svetstemperatur/tid/förvärmning för att matcha ytbehandlingstyper; Välj anpassat flussmedel för att förbättra aktivitet och kompatibilitet;

  5. Kontroll och uppgraderingöka andelen inspektion av svetsbarhetsprovtagning i fabriken, öka åldringstestning för viktiga produkter; införa ett system för ominspektion av inkommande material och obligatorisk testning av försenade plåtar.

 
Det slutgiltiga målet med felanalys är för att förhindra återfall, inte en engångslösning. Företag bör etablera en standardiserad process för felanalys, utbilda professionella analytiker och kombinera lödbarhetstestning och instrumenttestning för att skapa en sluten slinga av "-felinsamling, analys och positionering, förbättringsverifiering och uppgraderad kontrolldddhh.
Få det senaste priset? Vi svarar så snart som möjligt (inom 12 timmar)
This field is required
This field is required
Required and valid email address
This field is required
This field is required
For a better browsing experience, we recommend that you use Chrome, Firefox, Safari and Edge browsers.