在電子信息產品中，PCB作為元器件的載體與電路信號傳輸的關鍵樞紐，其質量與可靠性對整機設備起著決定性作用。隨著產品小型化及環保要求的提升，PCB正向高密度、高Tg和環保方向發展。然而，受成本和技術限制，PCB在生產和應用中常出現失效，引發質量糾紛。為查明原因、解決問題并明確責任，失效分析成為必不可少的環節。

失效分析流程

1. 失效定位

失效分析的首要任務是基于失效現象，通過一系列基礎檢測手段確定失效部位與失效模式。

這包括對PCB進行全面的信息收集，如生產批次、使用環境、歷史故障記錄等；進行功能測試，以驗證電路的基本功能是否正常；開展電性能測試，檢測電路的電氣參數是否符合設計要求；同時，進行簡單的外觀檢查，觀察PCB表面是否存在明顯的損傷、污染、腐蝕等異常情況。

對于結構簡單的PCB或PCBA（裝有電子元器件的印刷電路板），失效部位相對容易鎖定。但對于采用復雜封裝形式如BGA（球柵陣列封裝）或MCM（多芯片模塊封裝）的器件或基板，由于其內部結構精密，缺陷難以直接通過顯微鏡觀察，這就需要借助更先進的檢測設備和技術手段來輔助確定失效部位。

2. 失效機理分析

在明確失效部位后，需深入探究導致PCB失效或缺陷產生的機理。利用多種物理、化學分析方法，對失效區域進行細致剖析，確保能夠全面了解失效機理。常見的失效機理包括虛焊、污染、機械損傷、潮濕應力、介質腐蝕、疲勞損傷、CAF（導電陽極絲）或離子遷移、應力過載。通過深入分析失效機理，能夠為后續的失效原因追溯提供關鍵線索。

3. 失效原因分析

基于失效機理與制程過程的關聯分析，是尋找失效根源的關鍵步驟。這要求分析人員充分了解PCB的生產工藝流程，包括原材料采購與檢驗、基板制造、鉆孔與鍍孔、圖形轉移、蝕刻、表面處理、組裝焊接等各個環節。結合失效機理，逐一排查各制程環節中可能導致失效發生的因素。在必要時，還需開展針對性的試驗驗證，模擬實際生產或使用條件，重現失效現象，以精準鎖定誘導失效的具體原因。

4. 改進與報告編制

失效分析的最終成果是編制一份詳實、準確的失效分析報告。報告應清晰呈現分析過程中的各項試驗數據、觀察到的事實以及得出的結論。報告內容需邏輯嚴密、條理清晰，避免主觀臆斷和憑空想象。在整個分析過程中，遵循從簡單到復雜、從外到里、從非破壞性到破壞性的基本原則，確保分析結果的準確性和可靠性，為客戶提供最優質的服務。

失效分析技術

1.光學顯微鏡

光學顯微鏡主要用于PCB的外觀檢查，尋找失效的部位和相關的物證，初步判斷PCB的失效模式。

外觀檢查主要檢查PCB的污染、腐蝕、爆板的位置、電路布線以及失效的規律性。

2.X射線（X-ray）

對于一些無法通過外觀檢查直接觀察到的PCB內部結構或缺陷，如通孔內部的焊錫填充情況、高密度封裝的BGA或CSP器件的焊點連接狀態等，X射線透視系統成為不可或缺的檢測手段。

X光透視系統利用不同材料厚度或密度對X光的吸收或透過率差異來成像。在PCBA焊點內部缺陷檢測方面，能夠清晰地顯示出焊點內部是否存在空洞、錫球、錫渣等缺陷。通過X射線檢測，可以有效彌補光學顯微鏡在內部結構檢測方面的不足，拓展失效分析的深度和廣度。

3.切片分析

切片分析是一種破壞性的檢測方法，通過對PCB樣品進行取樣、鑲嵌、切片、拋磨、腐蝕等一系列精細操作，獲得PCB的橫截面結構。借助顯微鏡觀察切片后的橫截面，可以獲得豐富的微觀結構信息，如通孔的孔壁粗糙度、鍍層厚度均勻性、基板內部的玻璃纖維分布、樹脂填充情況等。

4.掃描聲學顯微鏡（C-SAM）

C-SAM利用高頻超聲波在材料不連續界面上反射產生的振幅及位相與極性變化來成像，其掃描方式是沿著Z軸掃描X-Y平面的信息。可以用來檢測元器件、材料以及PCB與PCBA內部的各種缺陷，包括裂紋、分層、夾雜物以及空洞等。如果掃描聲學的頻率寬度足夠的話，還可以直接檢測到焊點的內部缺陷。

典型的掃描聲學的圖像是以紅色的警示色表示缺陷的存在，由于大量塑料封裝的元器件使用在SMT工藝中，由有鉛轉換成無鉛工藝的過程中，大量的潮濕回流敏感問題產生，即吸濕的塑封器件會在更高的無鉛工藝溫度下回流時出現內部或基板分層開裂現象，在無鉛工藝的高溫下普通的PCB也會常常出現爆板現象。

5. 顯微紅外分析（micro-FTIR）

顯微紅外分析將紅外光譜與顯微鏡結合在一起的分析方法，利用不同材料（主要是有機物）對紅外光譜不同吸收的原理，分析材料的化合物成分，再結合顯微鏡可使可見光與紅外光同光路，只要在可見的視場下，就可以尋找要分析微量的有機污染物。

顯微紅外分析的主要用途就是分析被焊面或焊點表面的有機污染物，分析腐蝕或可焊性不良的原因。

6. 掃描電子顯微鏡分析（SEM）

掃描電子顯微鏡（SEM）是進行失效分析的一種最有用的大型電子顯微成像系統，最常用作形貌觀察，任何精細結構或表面特征均可放大到幾十萬倍進行觀察與分析。在PCB或焊點的失效分析方面，SEM主要用作失效機理的分析，具體包括：

• 觀察焊盤表面的形貌結構；
• 焊點金相組織；
• 測量金屬間化物；
• 可焊性鍍層分析；
• 錫須分析測量。

熱分析技術

1.差示掃描量熱儀（DSC）

差示掃描量熱法（Differential Scanning Calorimetry）是在程序控溫下，測量輸入到物質與參比物質之間的功率差與溫度（或時間）關系的一種方法。在PCB的分析方面主要用于測量PCB上所用的各種高分子材料的固化程度、玻璃態轉化溫度，這兩個參數決定著PCB在后續工藝過程中的可靠性。

2.熱機械分析儀（TMA）

熱機械分析技術（Thermal Mechanical Analysis）用于程序控溫下，測量固體、液體和凝膠在熱或機械力作用下的形變性能。在PCB的分析方面主要用于PCB最關鍵的兩個參數：測量其線性膨脹系數和玻璃態轉化溫度。膨脹系數過大的基材的PCB在焊接組裝后常常會導致金屬化孔的斷裂失效。

3.熱重分析儀（TGA）

熱重法（Thermogravimetry Analysis）是在程序控溫下，測量物質的質量隨溫度（或時間）的變化關系的一種方法。在PCB的分析方面，主要用于測量PCB材料的熱穩定性或熱分解溫度，如果基材的熱分解溫度太低，PCB在經過焊接過程的高溫時將會發生爆板或分層失效現象。

結語

失效分析是一門系統科學，更是一種“偵破”藝術。只有遵循科學的程序，善用從宏觀到微觀、從無損到破壞的分析手段，才能在面對高密度、無鉛無鹵化的PCB時，迅速鎖定真因，提出有效對策，最終實現整機質量與可靠性的持續提升。