|
|
 |
電路板零件掉落，該如何著手分析、判斷並釐清問題點
【電路板零件掉落】似乎是很多製程及品管工程人員的夢饜，工作熊之前也曾經撰文分享過自己遇到的幾個零件掉落的案例，只是每個人所遇到的問題都不盡相同，有鑑於許多新手碰到這類問題大多不知該從何下手開始分析，所以這裡就來分享一下自己的方法與步驟給大家參考。
（當然，歡迎專業人士提出您的見解，畢竟有意見或火花才會有進步，工作熊也不敢說自己的方法或步驟就是最好，就只是經驗分享。）
一般如果是電路板上的零件掉落，其問題大多與「焊接品質」脫離不了關係， 而其最終答案似乎不外乎下列幾種之一，或是混合兩種以上結果：
- 電路板子的表面處理有問題。
- 零件的焊腳表面處理有問題。
- 板子或零件儲存條件不良造成氧化。
- 回焊(Reflow)溫度製程出問題。
- 焊接強度無法承受實際使用的外力影響。
電路板零件掉落不良分析的幾個步驟：
以下就針對店路板零件掉落來分析步驟來陳述，因為硬要把某些動作分步驟，可是有些步驟似乎又與其他步驟相關，所以如果有說明不清楚的地方，請留言討論。
第一步，資訊取得
這點很重要，如果源頭錯了，後面再怎麼精彩都是白費。
請先向問題反應者確認不良現象的描述為何，並且先試著查詢瞭解下列的資訊：
第二步，取得不良品，保留證據以利後續分析
請取得不良品的電路板實板，如果零件已經完全掉落，最好也要取得掉落的零件，這樣才有對照組可以作完整的分析。不良品如果不只一件，衡量實際狀況，可以取得越多越好。
第三步，檢查電路板的焊性
拿到不良品後，要同時檢查電路板及零件腳的焊性，觀察其間的差異。
檢查焊性時，建議要在顯微鏡(microscope)下觀察，這樣比較可以看到一些細微的問題。
要查看焊錫在電路板的焊墊(盤)上有無拒焊或是縮錫(de-wetting)等不良現象，這類問題通常來自電路板的表面處理不良或是電路板的儲存環境不佳以致造成焊墊氧化而引起。
當然有時候也會有回焊爐溫度不足造成焊不上去的問題。這時候可以用烙鐵試看看焊墊能不能吃錫，如果連烙鐵都吃不了錫，就幾乎可以判定為PCB本身的問題了。
請注意：有些噴錫板使用「錫銅鎳(SCN)」的成分，其熔點比SAC305高了10°C。SAC305熔點為217°C；SCN熔點為227°C。
如果也可以進一步排除電路板儲存條件不良所造成的氧化，就可以請PCB供應商過來直接看產品，或是把PCB退給供應商分析處理了。
如果有爭議，可以先量測表面處理的厚度。一般ENIG要檢查金層及鎳層的厚度；而HASL要檢查噴錫的厚度，OSP就直接看有無氧化。
如果還有爭議，就要作切片作詳細的分析了。
第四步，檢查掉落零件腳的焊性
建議也要在顯微鏡下觀察零件腳的焊錫性，這樣比較可以看到一些細微的肉眼看不到的現象。
要查看零件腳上是否吃錫良好，建議檢查一下零件腳的鍍層組成成份，查看看其熔錫溫度是否符合迴焊爐的溫度。有些使用銀鍍層濺鍍處理的零件，其濺鍍銀只是附著在零件表面，其銀成份容易被SAC錫膏吃掉，造成焊接強度降低的問題。
請注意，有些零件腳的切斷面會有露銅沒有電鍍的區域，這個地方通常不易吃錫，但一般都會設計在不需要吃錫或是不重要的地方。QFN側面就不一定要吃到錫。
更多閱讀：
QFN封裝的焊接品質
零件掉落與端點使用銀鍍層的關係？
第五步，檢查掉落的零件腳是否連帶焊墊一起帶起
如果電路板及零件腳的焊性都沒有問題，就要看看電路板上的焊墊/焊盤是否也脫離了或連在掉落的零件腳上，如果是，也可以進一步確認零件與PCB的焊接是良好的，更可以證明回焊(Reflow)沒有問題。
如果焊墊沒有被掉落的零件一起帶走，這時候可以先檢查回焊的溫度曲線有無符合錫膏的要求，如果有多餘的不良品，最好可以用烙鐵試看看能否將掉落的零件焊接回電路板。如果可以焊得回去，表示溫度或是錫膏可以加強來克服這個問題，不過建議要作一下零件的推力測試，拿確認沒有問題的板子，與現在重新調整錫膏與溫度曲線的板子，一起作推力比較有無差異，如果有差異，建議檢查一下PCB的表面處理，有時候表面處理不良，會造成局部焊墊氧化，ENIG的表面處理可能有黑墊問題，HASL的第二面可能會有IMC已經生成問題。
更多閱讀：
零件掉落與鍍金厚度的關係
第六步，檢查零件掉落的斷面
請在顯微鏡下觀察電路板及零件腳的剝離面，看看其斷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剝離掉落；光滑面通常是長期震動下造成的斷裂，如果是ENIG的PCB也有可能是黑鎳造成剝落在鎳層。
第七步，切片檢查IMC打EDX
如果以上的步驟都沒有辦法判斷零件掉落的問題，最後就要作破壞性的切片了，切片的時候建議電路板及掉落的零件都要作。
作切片的目的有二：
延伸閱讀：PCB焊接強度與IMC觀念
如果斷裂點在IMC層，通常表示焊錫性沒有問題，但是焊錫強度不足以應付外力對它的衝擊，這一般是社計上必須解決的問題。只是有些RD會要求BGA或零件加Underfill或點膠來補強。
如果斷裂面不在IMC層而在PCB端，那就比較偏PCB的問題了。
相反地，如果斷裂面在零件端，就比較偏向零件的問題。
以上只是個人的經驗整理與分享，歡迎您提供自己分析問題的方法。
延伸閱讀：
Micro-USB連接器掉落的解決對策
連接器使用一段時間後掉落問題探討
板對板連接器(B2B connector)掉落的改善措施
如何判斷BGA掉件是SMT工廠製程或是設計問題?
|
|
訪客留言內容（Comments）
工作熊您好,
小弟拜讀您的文章(電路板零件掉落不良分析的幾個步驟)中：
想請教您:第七步，切片檢查IMC打EDX之作切片的目的有二: 有提到的如果斷裂面不在IMC層而在PCB端，那就比較偏PCB的問提了。
我的問題是:近期發現2012年生產的PCBA,PCB 是OSP的表面處理再經過 2 次回焊製程後,只經過1次回焊的Top side 的零件輕受外力推碰零件(鋁質電容/Connector…等等)就會脫落,Bottom side (過了2 次回焊製程)的零件要用較Top side 稍大的力量才能推落零件,零件脫落的現象是IMC層與 PCB pad 分離, PCB pad上的銅材顏色明顯為橘紅色(所以我會判斷斷裂面在PCB),EDX 成分分析的重量%結果Cu: 80.59%,C:17.31% , O:1.32% , Sn:0.78%;想了解能說明該問題與PCB 端還是回焊製程的關聯較大,望您指點迷津,謝謝~
Paul
工作熊您好,
想確認一下您提到IMC不是”全面生長”的判定方式是否是:分散去取樣PCBA上零件脫落的不同位置,再以SEM確認IMC成像的各區域結果進行比較,如果各區域的IMC成長現象都是相似的,則表示不是局部輕微氧化所致,有可能是整片PCB 銅箔表面的問題,或是IMC層隨著時間增長的緣故,由Cu6Sn5變化為Cu3Sn 導致焊接面的結構強度變弱?
另外,再請教一下因為本案例失效模式都是PCB與焊料(SAC305)之間的IMC脫離,而不是發生在零件引腳與焊料的IMC脫離,是否也能理解為PCB銅箔的Cu元素分子加速了Cu3Sn生成;而有別於一般零件腳雖然也是以銅材為基礎,但是零件端子或引腳上有高比例或是純錫的表面鍍層處理再與後續的回焊製程錫膏結合,生成的IMC 會較少轉換為Cu3Sn,所以零件引腳與焊料IMC脫離的失效模式在此案例不易出現之?
懇請抽空解惑,感謝您~
Paul
Hi 工作熊您好
確認過IMC層是Cu3Sn的成分的了,雖然產品的使用不是在高溫環境,但是有常溫溫控(室溫)的環境使用產品不到6年的情況下就出現因Cu3Sn IMC 導致SMD零件脫落的產品可靠度問題,還真的不知能從何下手改善與預防!
再次感謝您幾回專業的建議,tks!
Paul
Hi 工作熊你好:
很感謝你把這麼好的文章分享出來給大家,我本身是RD,最近我的案子發生固定位置零件掉落的現象,我們和工廠討論,但都沒有一些結綸,我有先拜讀你的網站,了解IMC的重要性,也有想要去分析,但針對這些資訊,我無法有效的判讀,所以想請你給我一些建議,我先解釋發生原由,是客戶收到貨後發現內部有異音,所以打開機構發現有一顆CHOKE掉落,而後由我們清查放置在常溫下的PCBA發現也有一些板子有同一顆CHOKE掉落的問題比率為9/42,我們有做了一些實驗,由工廠判斷,掉落的斷面是在零件面,但我看CHOKE接腳上有鍚的存在,我們有做切面,也有打EDX ,由工廠提供的切面報告在PCB PAD上是完整,但在掉下來的零件上有一些不完整,但工廠的回覆是在PAD的焊接面也有發現IMC,所以零件應該也是完整的,EDX的結果是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
零件端的沒有量,因為已經不完整,我們用的鍚型號是千住S70G-HF (成份Ag3.0-Cu0.5-Sn), 零件廠商提供他們鍍層是鎳和鍚, 我們的PCB是OSP,板厚是1.6mm , 我想請問的是依你的專業看完我的說明你認為有可能掉落的原因是什麼?還是我們有什麼實驗可以做去證明掉下來的原因呢?謝謝你
Hi 工作熊你好：
很感謝你的建議，我們會先暫時排除外力的問題，主要原因是零件有掉下來的板子，是放在先保護套內再放在箱子內，然後放在實驗室等待出貨用，所以我們之前是先從IMC的生長不佳的方向調查，和我們的工廠討論後,工廠認為是零件氧化，但同時他們也認為從切片看來，IMC生長也很全面正常，但我的認知是如果零件有氧化，應該無法和鍚有化學反應，IMC層應該會有不連續的情況才對，所以我們決定再把之前同一批DATE CODE的板子針對同一個零件再做一次切片，我也會再建議工廠把另外的零件也做切片分析，再一次感謝你的回覆.
Hi 工作熊 :
目前碰的一個狀況想像您請教，
銀使用厚膜印刷印在陶瓷基板上，在使用低溫錫在銀上黏貼元件，
但經過高低溫測試後元件異常脫落且連同銀一起分離。
不知道有沒有遇到類似的狀況以及可能的原因? 感謝您
Hi 工作熊 :
據您的說法銀溶解進錫膏 (使用低溫錫Sn62Pb36Ag2)，
這樣銀分離時應該會有像融化的型態，
但現在碰到的異常是經過高低溫測試後整片銀完整分離，
用顯微鏡看分離銀的背面(正面已經跟錫結合)有發現一些裂痕，
不確定是不是當初印製時乾燥不完全還是甚麼原因導致內部有空洞，
所以才會在高低溫時出現異常，
不知道以上的分析方向是否正確，
以及有哪些原因會造成印製乾燥不完全?
懇請協助解惑，感謝您
訪客留言注意事項：
1.首次留言須通過審核後內容才會出現在版面上，請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言，與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言，請善加利用【搜尋框】尋找相關文章，找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章，自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容，工作熊不一定會瞭解你在說什麼，就更無法回答你的問題。
4. 工作熊並非某一方面的專家，所以回答的內容或許會有不正確的地方，服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題，請前先參考這篇文章【詢問工程問題，請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問，並且請提供足夠的資訊，這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看，但不會每則留言都回答，尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度，工作熊不是你的「細漢」，更沒有拿你的薪水，所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 原則上工作熊不接受私下電子郵件、電話、私訊、微信或任何即時通聯絡。
8. 自2021年7月起Google將停止最新文章電子郵件通知，如果你想隨時接收部落格的最新文章可以參考這裡。
感謝熊大的分享,不過也有一些狀況是非整批性的問題只有出現少量比例的零件掉落,那就多為PCBA handling issue了,其實也可透過不良零件旁的flux殘餘狀況判定是reflow前或reflow後發生, 當然零件掉落斷面的觀察也非常重要,如發現斜面的裂紋可能有應力造成,如果發現一些放射狀的裂紋就可能有點狀壓力了,請參考