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PCB线路板零件掉落该如何着手分析

  PCB线路板零件掉落似乎是很多制程及品管工程人员的梦餍,只是每个人所遇到的问题都不尽相同,有鉴于许多人碰到这类问题大多不知道该从何下手开始分析,所以这里就来分享一些方法与步骤给大家参考。

  一般如果是PCB线路板零件掉落,其问题大多与焊接质量脱离不了关系,而其最终的答案不外乎下列几种之一,或是混合两种以上结果:

  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。

  PCB线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,

  第一步,信息取得

  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,并且先试着查询了解下列的信息:

  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?MatteTin?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PCB线路板实板,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PCB线路板的焊性

  拿到不良品后,要同时检查PCB线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PCB线路板的焊垫(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PCB线路板的表面处理不良或是PCB线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PCB线路板储存条件不良所造成的氧化,就可以请PCB供货商过来直接看产品,或是把PCB退给供货商分析处理了。

  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。

  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回焊炉的温度。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。

  第五步,检查掉落的零件脚是否连带焊垫一起带起

  如果PCB线路板及零件脚的焊性都没有问题,就要看看PCB线路板上的焊垫/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PCB线路板。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。

  第六步,检查零件掉落的断面

  请在显微镜下观察PCB线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PCB线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。

  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的问提了。相反地,如果断裂面在零件端,就比较偏向零件的问题。

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