連氮?dú)舛肌熬取辈涣说钠骷⒈摵?，工程師該如何?yīng)對(duì)？

發(fā)布時(shí)間： 2026-07-10 00:00

分享至：

什么是立碑虛焊？

回流焊升溫熔錫階段，若元件兩端錫膏熔融節(jié)奏不一致：一端焊錫率先融化潤(rùn)濕、產(chǎn)生表面張力，另一端焊盤仍未充分熔錫浸潤(rùn)，單側(cè)張力便會(huì)將器件一端掀起，外觀形似墓碑，行業(yè)俗稱 “立碑”。本質(zhì)就是元器件兩端焊盤潤(rùn)濕力失衡。

PCB立碑動(dòng)圖（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

近期，某PCBA在客戶端出現(xiàn)開路失效，表現(xiàn)為典型的貼片電感器件“立碑虛焊”。

據(jù)反饋，立碑問(wèn)題不是偶發(fā)，而是分批次反復(fù)發(fā)作，不良率波動(dòng)很大；且缺陷無(wú)固定板區(qū)、無(wú)固定點(diǎn)位，器件翹起方向毫無(wú)規(guī)律。

工廠嘗試了氮?dú)獗Ｗo(hù)焊接工藝，不良率有所降低，但仍然無(wú)法有效杜絕。氮?dú)舛紵o(wú)可奈何，問(wèn)題到底出在哪？

為找到失效根因，我們對(duì)該批次失效PCBA、PCB裸板以及器件原物料展開了系統(tǒng)的失效分析。

1.外觀檢查——摸清缺陷分布規(guī)律

利用體視顯微鏡對(duì)5pcs失效PCBA進(jìn)行光學(xué)檢查，并結(jié)合客戶反饋的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)建立碑缺陷分布規(guī)律。

5pcs失效樣品均發(fā)現(xiàn)0201器件立碑不良。其中3pcs發(fā)生在X627位置（立碑方向一致），2pcs分別發(fā)生在X621和X629位置。
客戶反饋歷史數(shù)據(jù)顯示，立碑共涉及26個(gè)位置，X621、X627、R601為發(fā)生頻率最高的三個(gè)位置；立碑方向不固定，且失效呈分批次、持續(xù)性發(fā)生，不良率波動(dòng)較大。

委托方所送失效樣品器件立碑分布區(qū)域及立碑方向統(tǒng)計(jì)

采用氮?dú)獗Ｗo(hù)焊接工藝后，不良率有所降低，但仍無(wú)法杜絕。

立碑僅發(fā)生在0201器件，與PCB區(qū)域無(wú)關(guān)，位置和方向均呈隨機(jī)分布。該規(guī)律表明，問(wèn)題根源大概率不在貼裝精度的區(qū)域性偏差，而在于器件本身特性或焊盤設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性匹配問(wèn)題。

2.剝離分析——排除界面污染

將立碑器件剝離后，對(duì)剝離界面進(jìn)行SEM形貌觀察及EDS成分分析（分清洗前/清洗后兩組）。

清洗前：剝離界面主要為助焊劑殘留（含C、O、Sn元素），未發(fā)現(xiàn)異常元素。

失效樣品（X627-2）立碑焊點(diǎn)剝離后界面（清洗前）成分測(cè)試結(jié)果-1（wt.%）

失效樣品（X627-2）立碑焊點(diǎn)剝離后界面（清洗前）成分測(cè)試結(jié)果-2（wt.%）

清洗后：剝離界面主要含C、O、Sn、Ni及少量Cu元素，成分正常。

失效樣品（X627-2）立碑焊點(diǎn)剝離后界面（清洗后）成分測(cè)試結(jié)果-1（wt.%）

失效樣品（X627-2）立碑焊點(diǎn)剝離后界面（清洗后）成分測(cè)試結(jié)果-2（wt.%）

立碑器件底部界面未發(fā)現(xiàn)異常污染元素，排除界面污染導(dǎo)致立碑的可能性。

3.剖面分析——排除鍍層厚度不足

對(duì)立碑焊點(diǎn)進(jìn)行切片制樣，利用SEM+EDS觀察截面形貌及成分分布。

器件底部存在大量助焊劑殘留，立碑端未發(fā)現(xiàn)異常元素——進(jìn)一步佐證無(wú)污染問(wèn)題。
立碑端底部發(fā)現(xiàn)完整的純錫層，鍍層連續(xù)無(wú)斷裂。

失效樣品（X627-3）立碑焊點(diǎn)切片后截面SEM圖片

失效樣品（X627-3）立碑焊點(diǎn)切片后截面成分測(cè)試結(jié)果-1（wt.%）

失效樣品（X627-3）立碑焊點(diǎn)切片后截面成分測(cè)試結(jié)果-2（wt.%）

排除鍍錫層厚度不足或鍍層不連續(xù)導(dǎo)致立碑的可能性；同時(shí)再次確認(rèn)界面無(wú)污染。

4.原物料分析——器件焊端表面及鍍層質(zhì)量核查

對(duì)器件原物料焊端進(jìn)行表面分析（SEM+EDS）和剖面分析（切片+SEM+EDS），以確認(rèn)器件側(cè)是否存在上錫障礙。

表面分析：器件焊端表面形貌未見異常，成分主要為Sn，無(wú)異常元素。

器件原物料焊端表面SEM圖片及EDS能譜圖

剖面分析：器件焊端鍍錫層完整，厚度在2.53μm~2.83μm之間，滿足常規(guī)要求。

器件原物料焊端切片后截面SEM圖片

器件原物料焊端表面狀態(tài)及鍍層厚度均正常，未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致上錫不良的明顯缺陷。但此結(jié)果僅說(shuō)明靜態(tài)條件下器件焊端無(wú)明顯異常，尚不能排除動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕過(guò)程中個(gè)體差異的影響。

5.尺寸測(cè)量分析——焊盤與器件內(nèi)距匹配性核查

對(duì)立碑器件切片截面及原物料進(jìn)行尺寸測(cè)量，包括焊端尺寸、焊盤尺寸及內(nèi)距匹配性。

立碑器件起翹端焊端尺寸（159μm）與正常端（144μm）相比，未發(fā)現(xiàn)偏小現(xiàn)象——排除因某一端焊端過(guò)小導(dǎo)致的潤(rùn)濕面積不足。

立碑器件切片后截面尺寸測(cè)量結(jié)果

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：器件內(nèi)距為227μm，PCB焊盤內(nèi)距為187.3~189.4μm。器件內(nèi)距顯著大于焊盤內(nèi)距，二者匹配性較差。

器件原物料焊端內(nèi)距及PCB焊盤內(nèi)距測(cè)量圖片

器件內(nèi)距與焊盤內(nèi)距不匹配，意味著器件兩端焊端在焊盤上的落位位置存在系統(tǒng)性偏移。這種偏移會(huì)導(dǎo)致兩端潤(rùn)濕條件不對(duì)稱：當(dāng)回流焊過(guò)程中兩端焊膏熔融與潤(rùn)濕存在時(shí)間差時(shí)，內(nèi)距不匹配放大了潤(rùn)濕力不平衡的效應(yīng)，增加了立碑風(fēng)險(xiǎn)。這是導(dǎo)致立碑的設(shè)計(jì)匹配性因素。

6.可焊性測(cè)試——器件焊端潤(rùn)濕特性個(gè)體差異

參考IPC J-STD-002C 2008標(biāo)準(zhǔn)，采用潤(rùn)濕稱量法（焊料球：SAC305，助焊劑：#2，浸入角度：水平，浸入速度：2mm/s）對(duì)器件原物料焊端進(jìn)行可焊性測(cè)試，重點(diǎn)評(píng)估T0（過(guò)零時(shí)間）、T1（潤(rùn)濕上升時(shí)間）、Fmax（最大潤(rùn)濕力）等參數(shù)的個(gè)體一致性。

器件焊端上錫性整體滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

器件原物料焊端上錫性測(cè)試曲線

但個(gè)別曲線間T0、T1及Fmax存在明顯差異（如T0從0s到0.58s不等，F(xiàn)max從0.04mN到0.20mN不等），表明不同器件個(gè)體間的潤(rùn)濕動(dòng)力學(xué)特性存在離散性。

器件原物料焊端上錫性測(cè)試數(shù)據(jù)

同一批次器件中，焊端上錫能力存在個(gè)體差異。在回流焊過(guò)程中，若同一器件的兩端恰好分配到潤(rùn)濕特性差異較大的個(gè)體（或器件兩端本身存在工藝差異），兩端潤(rùn)濕不同步的概率顯著增加。這是導(dǎo)致立碑的器件一致性因素。

7.Profile曲線分析——回流工藝窗口核查

參考IPC/JEDEC J-STD-020E 2014標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)客戶實(shí)際回流曲線進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)核查。

預(yù)熱時(shí)間（150℃~200℃）：60s~120s ?
最大升溫速率：≤3℃/s ?
TOL時(shí)間（＞217℃）：60s~150s ?
最大降溫速率：≤6℃/s ?

回流溫度曲線處于標(biāo)準(zhǔn)工藝窗口內(nèi)，爐溫設(shè)置不是導(dǎo)致立碑的主導(dǎo)因素。

根本原因：

1. 器件內(nèi)距與焊盤內(nèi)距匹配性差

器件內(nèi)距227μm，焊盤內(nèi)距僅187~189μm，偏差約38μm。器件落位后，兩端焊端在焊盤上的覆蓋位置不對(duì)稱，回流時(shí)兩端潤(rùn)濕條件不一致，放大了立碑力矩。

2.器件焊端上錫能力存在個(gè)體差異

同一批次器件的T0（0~0.58s）、Fmax（0.04~0.20mN）離散度大。兩端潤(rùn)濕啟動(dòng)時(shí)間和潤(rùn)濕力不同步，產(chǎn)生立碑所需的力矩不平衡。

改進(jìn)建議：

1. 鋼網(wǎng)內(nèi)切補(bǔ)償內(nèi)距失配

鋼網(wǎng)內(nèi)距較器件內(nèi)距減小10μm，使錫膏印刷中心與器件實(shí)際落位中心對(duì)齊，改善兩端潤(rùn)濕對(duì)稱性。

2. 優(yōu)化回流爐溫區(qū)熱分布

3~7溫區(qū)下溫區(qū)各升15℃、上溫區(qū)各降5℃；7溫區(qū)拉升至210℃，并減小7、8溫區(qū)溫差。目的是改善PCB厚度方向熱對(duì)稱性，使0201器件受熱更平穩(wěn)，降低因熱瞬態(tài)不均誘發(fā)的兩端潤(rùn)濕不同步風(fēng)險(xiǎn)。