【失效分析】标准IPC-TM-650下的电路板PCB＆PCBA金相切片测试

时间： 2024-09-27 来源：启威测实验室公众号

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在电子制造行业，IPC-TM-650是一套标准测试方法手册，它为测试印刷电路板（PCB）和其他相关材料提供了详尽的指导。这些测试方法涵盖了从电气测试到环境适应性测试的各种项目。对于金相切片而言，这些测试非常关键，因为它们帮助分析和评估PCB内部结构的完整性和质量。

IPC-TM-650 标准测试方法手册概述‍

金相切片在IPC标准中尤为重要，主要用于：

内层连接质量的检查：检查PCB内层之间的连接质量，确保没有虚焊或短路等缺陷。

材料分析：分析PCB中使用的基板材料、导电层和防护层等，评估其符合设计和工艺要求。

损坏评估：在长期使用或极端环境测试后，评估PCB的损坏程度和类型。

金相切片测试的具体步骤

样品制备：--------------------------------------------------------------01

将PCB按照特定尺寸切割，确保切片可以代表所需测试的区域。

使用研磨和抛光技术，对切片表面进行平滑处理，以便进行显微观察。

显微检查：--------------------------------------------------------------02

在光学显微镜下观察切片，检查内层连接、导电路径和基板材料的结构。

使用特定的染色技术以增强显微图像的对比度，更好地识别不同材料和可能的缺陷。

数据记录和分析：-------------------------------------------------------03

录制显微图像，量化分析内部结构的尺寸、形态以及缺陷的具体位置和类型。

根据IPC标准，评估切片质量，决定是否符合工艺要求。

为什么金相切片测试重要

质量保证：金相切片测试是确认PCB产品在生产过程中达到高质量标准的重要步骤。

故障分析：当PCB失败时，金相切片可以帮助识别失败的原因，如材料缺陷、制造上的问题或设计缺陷。

过程改进：通过分析金相切片的结果，可以对生产过程进行调整和优化，以减少缺陷的产生。

结论

在电子制造行业，对印刷电路板进行金相切片测试是确保产品质量和可靠性的重要环节。通过遵循IPC-TM-650标准，制造商可以确保他们的产品符合行业标准，同时帮助优化生产流程和提高最终产品的性能。

无论您的产品是属于元器件级失效分析，需要评估来料器件质量，验证分析器件失效机理；

还是产品是属于PCBA 板级失效分析，需要分析及验证焊接失效机理，评估焊接工艺及材料；

又或者是系统级失效分析，需要分析功能，定位失效点；

无论哪种失效分析层级，分析的流程都是：

第一步，失效背景调查：产品失效现象？失效环境？失效阶段（设计调试、中试、早期失效、中期失效等等）？失效比例？失效历史数据？

第二步，系统电性能测试：示波器、网络分析仪器、万用表等；

第三步，非破坏分析：X射线透视检查、超声扫描检查、电性能测试、形貌检查、局部成分分析等。

破坏性分析：开封检查、剖面分析、探针测试、聚焦离子束分析、热性能测试、体成分测试、机械性能测试等。

第四步，理化分析（力学性能、结构分析等）、SEM/EDS分析、FTIR分析、可焊性分析等；

结构分析、力学分析、热学分析、环境条件、约束条件等综合分析。

第五步，使用条件分析：模拟验证实验：根据分析所得失效机理设计模拟实验，对失效机理进行验证。

01 失效分析的最终目标

失效分析需要高精尖的分析设备，也需要分析工程师不仅会看电路图、懂工艺、懂研发设计，通过一系列分析验证，达到我们最终的目标：

找出失效原因，确认失效模式、机理；
明确引起失效的责任方，为仲裁提供依据；
纠正设计和制造中的错误；
改进生成工艺，提高产品可靠性；
降低产品质量成本；

02 失效分析前需要确认事项

1. 需客户给出失效背景（失效现象、失效阶段、工艺参数、失效概率等)；
2. 明确送检对象(供应商、生成商、购买商)；
3. 是否涉及法律纠纷；

4. 提供以上信息，方能准确评估，给出失效分析方案；

当然，如果委托方有一定的失效分析能力，只需要高精尖的分析设备做测试，也可以委托我们做检测项目（见表1），单个的项目只给出测试结果，不做原因分析，不确认失效机理，不提供改进措施。

表1 PCB&PCBA失效分析项目及测试方法

03 失效分析案例（PCBA器件）

因失效分析案例报告内容较多，本次只展示部分内容。

(1) 外观检查
异常类型编号：Found1疑似镀层缺失， Found2疑似腐蚀形貌，Found3三防漆已破损，Found4疑似枝晶形貌；

(2) 防漆紫光灯检查结果
异常类型编号：Found5小气泡大面积分布， Found6疑似分层异常

(3) SEM/EDS分析

分析结论：1#电阻端子之间PCB表面的10-B1金属异物含有P、S和Ni元素，且形成枝晶形貌，连接形成端子之间的通路。在对应的三防漆10-B2处，也存在与10-B1相似的现象，异物含有P和Ni元素，且形成枝晶形貌，连接形成端子之间的通路。

(4) 解焊分析

解焊后，解焊分离发生端子陶瓷本体处，端子明显有严重的镀层缺失，并伴随腐蚀性形貌，对应PCB焊盘的残余焊料上也有腐蚀残留物。

(5) 阻值测量

1．对解焊后的电阻单体进行阻值测量，因其一端子镀层缺失，测试过程中，接触端子的大部分焊接位置均为开路，如下侧边的结果。2．接触端子顶部极少量的镀层残留物位置才可测出阻值；其中4#和6#的阻值比正常值(845KΩ) 大，约1.9MΩ。以上结果说明，因其镀层缺失而阻值偏大，甚至在端子焊接位置处于开路状态。

启威测实验室提供PCB&PCBA一站式失效分析服务，服务范围包括：

消费类电子产品：智能穿戴产品、移动终端、手机，平板通讯模块等。

电子元器件：电阻，电感，电容，晶振、LCD，IC，LED等。

工业/商业/医疗电子产品：投影仪，呼吸机、电子体温计等。

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