PCB失效分析与可靠性测试

本书主要介绍了 PCB 生产、测试、应用过程中常见的缺陷、失效案例。全书共 6 章：第 1 章介绍PCB 不同表面处理常见的缺陷、失效类型和分析案例；第 2 章介绍 PCB 内部互连缺陷的分析技术和案例；第 3 章介绍 PCB 板料测试的各种热分析测试和案例；第 4 章介绍 X 射线与超声波扫描显微镜在 PCB 无损检测中的应用；第 5 章介绍 PCB 短路与烧板案例；第 6 章主要介绍 PCB 可靠性测试，着重介绍导电阳极丝、互连热应力测试、温度循环和耐热冲击测试以及相关的失效分析案例。本书以 PCB 生产制造为出发点，将理论与技术相结合，对各种不同类型的案例进行归纳总结，也介绍了近些年来新的测试技术，如红外热成像、X 射线 CT 等。本书可供从事 PCB 或电子组装领域的研发设计、工艺研究、生产制造、检测分析、质量管理等人员参考，也可作为相关领域实验室测试人员的参考用书。

珠海斗门超毅实业有限公司 2000年04月04日成立，经营范围包括生产和销售自产的新型电子元器件（片式元器件、敏感元器件及传感器、频率控制与选择元件、混合集成电路、电力电子器件、光电子器件、新型机电元件）。从事上述产品同类商品的批发、零售（不设店铺）及进出口业务（涉及配额许可证管理、专项规定管理的商品按国家有关规定办理）等。黄桂平, 男, 1978年生于广东省茂名市，2001年毕业于华南理工大学化学工程系，硕士研究生学位，2019年被评为珠海市首席技师，2021年被评为珠海工匠。现任职珠海斗门超毅实业有限公司互联技术中心实验室经理，主要从事PCB材料分析测试、可靠性测试和失效分析工作

第 1 章 PCB 表面处理分析技术与案例分析 1

1.1 PCB 表面分析常用技术……………………………………………. 1

1.1.1 金相显微镜分析技术 ……………………………………………………………… 1

1.1.2 扫描电子显微镜（SEM）及能谱（EDS）分析技术…………………4

1.1.3 傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析技术 ………………………………… 9

1.1.4 显微切片（Microsectioning）技术………………………………………….13

1.2 化学镀镍浸金（ENIG）表面处理 ………………………………… 14

1.2.1 ENIG 介绍 ……………………………………………………………………………. 14

1.2.2 ENIG 镍腐蚀机理和分析方法………………………………………………..17

1.2.3 ENIG 工艺流程案例分析……………………………………………………….32

1.2.4 ENIG 焊接不良失效案例分析………………………………………………..44

1.2.5 ENIG 焊接可靠性案例分析……………………………………………………55

1.2.6 ENIG 铝线键合失效案例分析……………………………………………….62

1.3 化学镀镍镀钯浸金（ENEPIG）表面处理………………………..65

1.3.1 ENEPIG 介绍………………………………………………………………………… 65

1.3.2 ENEPIG 镍腐蚀产生的原理 …………………………………………………..68

1.3.3 ENEPIG 工艺流程失效案例分析……………………………………………70

1.3.4 ENEPIG 键合失效案例分析 …………………………………………………..72

1.4 有机可焊性保护层（OSP）表面处理 …………………………….75

1.4.1 OSP 介绍………………………………………………………………………………. 75

1.4.2 OSP 工艺流程常见问题分析………………………………………………….77

1.4.3 OSP 焊接不良失效案例分析………………………………………………….83

1.5 浸锡（ImSn）表面处理…………………………………………… 91

1.5.1 浸锡介绍………………………………………………………………………………. 91

1.5.2 浸锡工艺流程常见问题分析………………………………………………….95

1.5.3 浸锡焊接不良失效案例分析………………………………………………….99

1.6 浸银（ImAg）表面处理…………………………………………. 103

1.6.1 浸银介绍……………………………………………………………………………..103

1.6.2 浸银工艺流程常见问题分析………………………………………………..105

1.6.3 浸银焊接不良失效案例分析………………………………………………..117

1.7 电镀镍 / 金（表面处理）…………………………………………..118

1.7.1 电镀镍 / 金介绍 …………………………………………………………………..118

1.7.2 电镀镍 / 金焊接不良失效案例分析………………………………………119

1.8 热风整平（HASL）焊锡表面处理 ……………………………… 124

1.8.1 热风整平焊锡 ………………………………………………………………………124

1.8.2 热风整平焊锡工艺流程案例分析…………………………………………125

1.8.3 热风整平焊锡焊接不良失效案例分析………………………………….128

参考文献………………………………………………………………….131

第 2 章 PCB 内层互连缺陷分析 133

2.1 导言 ………………………………………………………………. 133

2.2 ICD 分析技术的介绍 ……………………………………………. 134

2.2.1 微切片技术 …………………………………………………………………………134

2.2.2 化学微蚀技术 ……………………………………………………………………..134

2.2.3 电解抛光技术 ……………………………………………………………………..136

2.2.4 离子研磨技术 ……………………………………………………………………..137

2.2.5 聚焦离子束技术 ………………………………………………………………….143

2.2.6 联合分析技术 ……………………………………………………………………..152

2.3 ICD 分析新技术 ………………………………………………….. 159

参考文献………………………………………………………………… 160

第 3 章 PCB 热分析技术………………………………………….161

3.1 差示扫描量热仪（DSC）检测与分析…………………………..161

3.1.1 DSC 仪器检测原理………………………………………………………………161

3.1.2 DSC 的样品制备和测量设定………………………………………………..162

3.1.3 DSC 曲线的解释 …………………………………………………………………..162

3.1.4 DSC 测定玻璃化转变温度……………………………………………………165

3.1.5 DSC 测试应用案例………………………………………………………………167

3.1.6 调制差示扫描量热法（MDSC）概述……………………………………173

3.1.7 MDSC 仪器的基本原理………………………………………………………..173

3.1.8 MDSC 测试应用…………………………………………………………………..177

3.2 热机械分析（TMA）检测与分析 ………………………………. 180

3.2.1 TMA 仪器测试原理 ……………………………………………………………..180

3.2.2 TMA 的样品制备和测量设定……………………………………………….181

3.2.3 TMA 曲线的解释 …………………………………………………………………181

3.2.4 玻璃化转变温度的测定和计算…………………………………………….184

3.2.5 TMA 测试应用案例 ……………………………………………………………..188

3.3 动态热机械分析仪（DMA）检测与分析 ……………………….205

3.3.1 DMA 仪器测试原理……………………………………………………………..205

3.3.2 DMA 的样品制备和测量设定……………………………………………….208

3.3.3 DMA 曲线的解释…………………………………………………………………208

3.3.4 DMA 测试应用案例……………………………………………………………..211

3.4 热重分析法（TGA）检测与分析……………………………….. 222

3.4.1 TGA 仪器测试原理………………………………………………………………222

3.4.2 TGA 的样品制备和测量设定 ……………………………………………….223

3.4.3 TGA 曲线的解释…………………………………………………………………..224

3.4.4 TGA 测试的应用案例…………………………………………………………..225

3.5 DMA 与 DSC、TMA 在热分析中的联合应用 ………………..228

3.5.1 玻璃化转变温度测定比较……………………………………………………228

3.5.2 DSC 曲线热焓松弛………………………………………………………………231

3.6 热重 – 红外联用（TGA-FTIR）检测与分析………………….234

3.6.1 热重 – 红外联用仪器测试原理…………………………………………….234

3.6.2 TGA-FTIR 的样品制备和测量设定………………………………………235

3.6.3 TGA-FTIR 曲线的解释………………………………………………………..236

3.6.4 TGA-FTIR 测试应用案例…………………………………………………….238

参考文献…………………………………………………………………242

第 4 章 X 射线与超声波扫描技术在 PCB 无损检测的应用……..243

4.1 X 射线检测 ……………………………………………………….243

4.1.