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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SMT三次回流焊都通过,为何返修却鼓包?这份报告锁定真凶!
发布时间: 2026-01-08 00:00
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在 LED 电源、汽车电子等领域,PCB 铝基板因出色的散热性和机械强度成为核心部件。某产线按标准流程生产时,铝基板经过三次回流焊考验,各项性能指标均达标,良率稳定在预期范围,未出现任何异常。可万万没想到,当部分产品进入返修环节(需二次高温处理)时,局部鼓包问题突然爆发!!!

图片来源:网络

更棘手的是,不良高度集中在某两个生产批次,而非随机散布。生产阶段无异常、返修才出问题,且不良批次高度集中,这让技术团队陷入困惑:到底是材料缺陷、工艺漏洞,还是另有隐形黑手?

图片来源:网络

为什么过了三次回流焊的铝基板,会在返修时 “突然罢工”?鼓包的核心诱因是什么??如何快速排查并避免同类问题重复发生???

本文通过外观检查、切片、剥离、光谱与热应力测试等步骤,一步步揭开鼓包背后的真相,同时给出返修前预烘烤等针对性解决方案,帮你避开这类 “隐形失效陷阱”。


外观与“解剖”——锁定失效发生界面

分析从最直观的外观开始。在立体显微镜下,不良品表面的鼓包清晰可见,为了看清内部,分析人员对鼓包位置进行了精密切片,制成可在金相显微镜下观察的剖面。

  • 正常样品剖面显示:结构层次分明,从铝基板、阳极氧化层、绝缘层到铜箔,各层之间紧密结合,无任何分离迹象。

正常样品剖面金相观察照片

  • 不良样品剖面揭示:鼓包处的分层,明确发生在“铝基板阳极氧化层”与上方的“绝缘层”之间。这是失效的第一现场。

不良样品鼓包异常剖面金相观察照片


材料“身份”与“关系”排查

既然找到了失效界面,接下来就要排查两方面:材料本身有没有问题?两者之间的“关系”(结合力)是否正常?

  • 材料身份鉴定(红外光谱分析):
    对良品与不良品批次的绝缘层材料进行成分分析,结果显示:两者主要成分均为双酚A型环氧树脂,且固化程度都很高,几乎无差异。这首先排除了“材料用错”或“固化不足”这两个常见嫌疑。

绝缘层红外光谱图

  • “关系”强度测试(剥离分析):
    研究人员模拟“分手”场景,对界面进行机械剥离。

    正常样品“分手”艰难,铝基板面上残留了大量绝缘层,证明两者结合非常牢固。

OK1剥离界面形貌

不良样品鼓包处则“干脆利落”,两者完整分离,铝基板面光洁,几乎不留残胶,证明此处界面的结合力已提前严重弱化。

NG4、NG5鼓包分层剥离界面形貌

进一步用能谱仪(EDS)检查“分手”后的两个表面,未发现油污、异物等污染痕迹,又排除了“界面污染”的可能性。

NG4、NG5鼓包分层EDS成分谱图


关键重现实验——热应力测试

至此,分析似乎陷入了僵局:材料没问题,界面没污染,那结合力是怎么变差的?一个关键的模拟实验成为破案转折点。

分析人员依据标准,对样品进行热应力测试(模拟返修高温):

  • 未烘烤直接测试:不良批次样品迅速出现鼓包,形态与客户提供的失效品一致;而良品批次则安然无恙。

未烘烤条件下,不良品NG批次和不良品其他批次的PCB热应力测试后图片

  • 烘烤后(125°C/5h)再测试:所有样品,包括不良批次,全部通过测试,无鼓包发生!

烘烤条件下,不良品NG批次和不良品其他批次的PCB热应力测试后图片

⚠️ 这个对比实验指向一个核心变量:水分。烘烤的作用正是去除板材吸收的湿气。


👇 串联所有证据,失效链条变得清晰:

  • 根本原因:特定批次的铝基板PCB,在生产后存储或周转过程中受潮,绝缘层吸收了过量水汽。

  • 失效机理:受潮后,绝缘层膨胀,其与铝基板阳极氧化层之间的结合力在微观上已被弱化。但由于回流焊是整体、快速加热,水分可能尚未充分汽化产生足够破坏力。而返修是局部、持续加热,热量聚集使界面处的水分急剧汽化,产生巨大蒸汽压力,最终撑开已不牢固的界面,形成鼓包。

  • 批次性体现:不良批次可能因包装、存储环境或时间差异,吸潮量显著高于其他批次。

  • 结论:铝基板返修鼓包异常,直接原因是PCB受潮导致的界面结合力下降及高温下水汽汽化。

📝 明确且有效的建议

  • 在返修前,增加对铝基板PCB的预烘烤工序。

  • 建议条件:125°C,烘烤2-5小时(具体时间可根据板厚、存储环境调整)。这是消除湿气、恢复界面结合强度、避免返修分层最直接有效的工艺对策。


这个案例揭示了一个常见但易被忽视的可靠性问题:PCBA的“湿气管理”。它不仅影响焊接质量(如爆米花效应),同样深刻关系到基板自身的可靠性。

在您的工作经历中,是否也曾遇到过因“湿气”导致的工艺或产品失效?对于铝基板、厚铜板等特殊PCB,你们有哪些有效的防潮存储或烘烤工艺规范?欢迎在评论区分享您的经验和见解,让我们共同积累应对“隐形杀手”的实战智慧。

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