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PCB阻焊设计的实用指南
今天，我们就来聊聊阻焊颜色、阻焊桥和阻焊覆盖，帮你在PCB设计时避坑。\x0d\x0a\x0d\x0a阻焊颜色任君选，慎重考虑莫乱配 \x0d\x0a大家最常见的PCB外观是绿色，长这样
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回流焊中常见的锡珠现象
本文对回流焊中常见的锡珠现象的成因进行了分析并提出解决方法。 1 概述 锡珠是回流焊中经常出现的缺陷。锡珠多数分布在无引脚的片式元件两侧，大小不一且独立存在，不与其它焊点连接，见图?。锡珠的存在，不仅影响产品的外观，更重要的是会影响产品的电气性能，或者给电子设备造成隐患。锡珠生成的原因是多方面的，既可能是焊料原因，也可能是工具或操作等原因造成，下面将一一讨论。 2 锡珠的成因及解决办法 （1）原因一：模版开口不合适。钢网开口太大，或由于模版开口形状不合适，导致贴放片式元件时锡膏漫延至焊盘之外，都会致使回流焊中锡珠生成。 解决方法如下。 ①开口尺寸。一般来说，片式阻容元件的模版开口尺寸应略小于相应的印制板焊盘，特别是利用?文件制作的模版，应考虑到线路板一定的蚀刻量，所以此类焊盘的模版开口一般可开为印制板焊盘的90%~95%。 ②开口形状。灵活地选择阻容元件的模版开口形状，可有效地减少或避免锡膏量过多而被挤压出来的情况，图?是几种模版开口形状，制作模版时可以选择其中一种作为阻容元件的开口，这样既可确保焊接锡膏用量，又能有效地防止锡珠形成。 (2)原因二:对位不准。模版与印制板对位应准确且印制板及模版应固定完好，使印锡膏过程模版与印制板保持一致，因为对位不正也会造成锡膏漫延。 解决方法:印刷锡膏分为手工、半自动和全自动。即使是全自动印刷，其压力、速度、间隙等仍需要人工设定。所以不管用何种方法，都必须调整好机器、模版、印制板、刮刀四者的关系，确保印刷质量。 顺便说一下，印锡膏是整个贴片装配过程的前道工序，其对整机贴片焊接来说影响很大，因印刷不良造成的缺陷率远高于其它过程造成的缺陷率，所以印锡膏工艺切不可轻视。 (3)原因三:锡膏使用不当。冷藏的锡膏升温时间不足，搅拌不当，会使锡膏吸湿，导致高温回流焊时水汽挥发致锡珠生成。 解决办法:由于锡膏的有效期较短，一般使用前都是低温存放的，使用时，必须将锡膏恢复至室温后再开盖(通常要求4小时左右)，并进行均匀搅拌后方可使用，急于求成必将适得其反。 (4)原因四:温度曲线不当。回流焊中升温及预热时间不足，锡膏中溶剂没有足够地挥发，高温焊接时因温度的迅速上升导致溶剂飞溅带出的锡膏冷却后成锡珠。 解决方法：回流焊工艺的重要参数就是温度曲线，温度曲线分为四个阶段：预热、保温、回流、冷却，其中预热及保温过程，可减少元件及印制板遭受热冲击，并确保锡膏中的溶剂能部分挥发，若温度不足或保温时间太短，都会影响最终的焊接质量，一般保温的过程为150℃~160℃，70s~90s。 回流焊每次使用前都要调整好温度曲线，确保焊接过程处于良好的工作状态。 （5）原因五：残余锡膏。一般生产过程中特别是在调整模版时，都有一些印制板需要重新印锡膏，那么原来的锡膏必须清除干净，否则残余的锡膏最终会影响锡珠，甚至更严重的质量问题。 解决方法：仔细刮去板上的锡膏，特别要注意不让锡膏流入插件孔内导致塞孔，然后用溶剂清洗干净，若难以清除干净，可将板在有溶剂的超声波清洗机中清洗1分钟左右，可有效地去除板上残余锡膏。 3已形成的锡珠的清除方法 锡珠，由于有其它如助焊剂存在，所以能附着在板上，所以当锡珠无法人工一一去除时，可用锡膏对应的清洗剂对板件进行刷洗，用超声波清洗效果更好，一般来说经过清洗后锡珠可完全去除。 SMT 焊盘设计中的关键技术 夏滔 摘要： 摘要表面贴装技术(SMT)焊盘的设计原理、工艺及存在的实质性问题容易引起误差，总结了SMT印刷电路板常见的影响焊盘设计质量的误差，指出了一些需要特别注意的问题。为相关设计人员提供参考。 SMT 代表表面贴装技术，这是第四代电子贴装技术。它在二十世纪八十年代才进入中国的工业市场，给市场带来了一定程度上的进步与活力。因为这项技术的制作成本较低，占据的空间小，再加上它的可靠性比较高，所以电子工业中它的应用越来越广泛，也越来越普遍了。但每一件事都有利有弊，即便这是项新技术，也是如此。所以本文分析了有关该技术的一些问题，希望对今后的研究有所帮助。 一、概述 贴片图形设计是 PCB 设计的关键部分。它的作用较为明显，即可以决定设备元件在焊盘上应该放置的位置，同时它可以判断焊盘的焊点是否可靠，焊接过程是否会出现危险或缺陷，以及它对焊盘的清洗方面和维修方面都有着一定的重要作用。此外，它对于焊盘的可测试性也有着一定的帮助。焊盘的平面设计是决定表面装配工艺性的关键因素之一。然而，不同规格、不同结构的 SMC/SMD 表面贴装元件，制造商也实现了同一元件的功能，其包装形式也可能不同，对于给定的包装类别，其尺寸有一些不同。由于制造商的不同，使得焊头的宽度尺寸是最重要的，再加上尺寸公差有很多限制，所以焊接板的图形设计非常复杂。因此，我们制定并建立了自己的内部规范，通过对焊盘图形设计的有效控制，以此来降低设计图纸的复杂程度，提高焊点的准确性。表面装配垫的设计与表面装配中对合适零件的选择及焊接工艺方法都有着密切的联系。正确的衬垫应该和所选零件的尺寸相合，并可用于与不同制造商略有不同的零件。它能适应不同的工艺，最大限度地满足布置和布线的要求。 二、焊盘圈形设计中的关键技术 （一）表面组件的选择与焊盘的设计之间的关系 选择合适的元器件的原则是在保证元器件的功能和性能得到满足的基础上，保证所选的零件符合系统和电路的原理，还遵守了装配工艺形式的要求。此外，选择合适的供货商提供元器件，要确保供货商的数量最好一定，不要每一次都改变供货商。这样做，可以在一定程度上减少平面设计存在的一些误差，以至于增加了设计的复杂度。毕竟，不一样的元器件，在设计时需要考虑的因素也不一样。 （二）矩形无源元件焊盘图形设计 不同的元件，其构件的数据不同，采用的焊接技术也不能相同，要有所区别。因此，对于无源元件来说，最好的焊接工艺就是波峰焊和回流焊这两种焊接方式。又由于不一样的焊接方法和工艺，它们焊接时的热量分布也不一样，不同工艺的焊盘图形尺寸也不同，所以，为了更加地优化焊接图形，就需要更好地了解焊接图形的设计。不过最主要的原因其实是，元件在焊接过程中，很容易出现移动和直立。不过，这样的问题，在采用波峰焊这种方式时，由于采用了粘合剂，所以元件的这些问题出现的几率并不频繁。因此，为回流焊设计的最佳焊盘模式适用于波峰焊。显然，矩形元件焊盘在波峰焊和回流焊工艺中的图形设计是可取的。 （三）SOIC、PLCC 焊盘圆形分析 在过去，SOIC、PLCC 和 QFP 元件的焊盘图案都是矩形的。圆形焊接是印刷电路生产的一种良好选择。主要原因如下 :( 首先改善 PCB 表面的食品 / 铅焊接层的平面厚度；其次离子污染少，边角树枝状突性生长减少；最后是焊盘间线路更紧密。 三、设计印制板时与埠盘的关键 （1）对称性。自行设计衬垫时，应严格保持对称使用的衬垫，即衬垫的形状和尺寸应完全相同，图形的位置应完全对称。（2）CAD 系统。设计焊盘图形时最好以 CAD 系统中的焊盘和线条为元素来没计。这样，如果以后图形需要一些改进，也可以根据现有的依据进行再编辑。（3）标志。一般来讲，焊盘内是不能存在一些带有字符或者是图像的标志的，所以，如果需要印刻上标志的话，标志符号的位置必须保证它离焊盘的边缘有一段距离，最好大于 0.5mm。除此之外，如果有焊盘没有外引器件，那么就要确定它的媒盘之间不存在通孔，这样才能保证清洗时焊盘的质量不出问题。（4）引脚。对于每个元器件必须正确标注所有引脚的顺序号，以免引线接脚混淆。同时，对于距离引脚中心 0.65mm，或者大于此距离的其他细间距元件，最好在焊盘图形的对角线方向上面，增加两个用于光学定位的标志，对称的裸铜标志就可以。这样可以大大减少问题的出现，是整个设备的质量得到保证。 四、注意问题 （一）印刷板 在 PCB 板上，需要保留导电图案 ( 如互连线、接地线、相互导体等 )，并且使用的还要是裸铜箔，不要用其他的材料。这就代表着，由于金属镀层和熔点是低于焊接温度的，因此，涂层不应该允许避免开裂或起皱的焊接电阻镀膜的网站，以保证 PCB 板的焊接质量和外观。 （二）查选资料 检查或调用焊盘尺寸图形数据时，一定要选择与自己组件的各项数据都符合的尺寸，还要保证它们互相匹配。工作人员需要克服面对数据分析时，不经过分析比较就直接在软件库中进行复制。以及直接使用 pad 现有的图形这种不良习惯，也是需要改正的。除了这些，在焊盘图形尺寸进行设计、检查或调用时，有必要区分您选择的组件及其代码，焊接相关尺寸等。 五、结束语 SMT 衬垫设计实际说来并不是高尖端的技术，因此存在的设计问题就很容易被设计人员忽视，如果不认真对待，会使投入的资金出现不必要的流失，同时如果重新进行制作就会浪费更多的时间，并不值得。因此，在设计 SMT 印制电路板时，必须充分注意以上几点，确保设计的印制电路板能够满足 SMT 生产工艺的要求，保证焊接产品的质量。为了使印刷板达到最好的性能，我们必须重视它。
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PCB的结构组成
1、PCB的结构组成 2、PCB的内部结构 3、PCB层的分类 4、常用层的功能1）信号层：分为TopLayer（顶层）和BottomLayer（底层），可以进行布线和摆放元器件。2）Mechanical（机械层），不具有电气属性，是定义整个PCB板的外观，可以用于绘制外壳尺寸，核对电路板安装，机械层最多可选择16层。3）Top Overlay（顶层丝印层）、 Bottom Overlay（底层丝印层），用于定义顶层和底层的丝印字符，采用丝网印刷工艺涂印，可以作为装配图、注释标记、LOGO。局部覆盖可以增加绝缘性。4）锡膏层包括顶层锡膏层（Top Paste） 和底层锡膏层（Bottom Paste），是露在外面的表面贴装焊盘，也就是在焊接前需要涂焊膏的部分。划线部分为钢网刻孔部分，用于SMT工艺刷锡浆，大电流导线可以用Solder层裸露并加Paste锡浆加厚。5）阻焊层也就是常说的“开窗”，包括顶层阻焊层（TopSolder）和底层阻焊层（BottomSolder），其作用与锡膏层相反，指的是要盖绿油的层。放置在电路板上以保护铜在操作过程中免受氧化和短路，它还可以保护 PCB 免受环境影响。6）钻孔层包括DrillGride（钻孔指示图）和DrillDrawing（钻孔图）两个钻孔层，钻孔层用于提供电路板制造过程中的钻孔信息（如焊盘，过孔就需要钻孔）。7）禁止布线层（KeepOutLayer）是定义电路板的边界、切割线、还有电路板的挖空、开槽位置。定义不允许放置导线的区域，会自动避开。8）MulTI layer（多层），电路板上焊盘和穿透式过孔要穿透整个电路板，与不同的导电图形层建立电气连接关系，因此系统专门设置了一个抽象的层—多层。多层上画的实体在每个Layer都有（Plane除外），常用于直插焊盘、过孔等需要穿透每个层，用于焊盘时，可定义电镀孔（PTH）和非电镀孔（NPTH）。5、元件和封装1）元件符号与封装 同一个电路符号（Part），往往对应多个封装（FootPrint）同一个封装，因为安装形式不同（如：立/卧），衍生出若干子封装设计时仔细核对：（1）封装尺寸/形式是否正确；（2）管脚顺序是否相符2）PCB焊盘设计基本原则对称性：两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡。焊盘间距：确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸，焊盘间距过大或过小都会引起焊接缺陷。焊盘剩余尺寸：元件端头或引脚与焊盘搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。焊盘宽度：应与元件端头或引脚的宽度基本一致。 6）PCB工艺 曝光能力和腐蚀的扩散效应，限制了最小线宽电镀孔工艺，限制了过孔/焊盘的最小内径（PCB越厚，孔径越大）层间对准误差、钻孔位置误差，限制了焊盘、过孔的最小外径 腐蚀工艺的洁净度，限制了导线间的最小间距特殊新工艺，如激光钻孔、沉积板，能够达到2mil极限，但是价格昂贵极限值：通过苛刻的条件能达到，但不宜大批量生产。一般值：可以大批量生产，但需要特殊工艺保证良品率，要收取额外的工艺费和测试费，会增加成本和交货周期；可靠值：可以大批量可靠生产。【仅供参考，以厂家沟通为准！】多层PCB内部长啥样? 3D大图解析高端PCB板的设计工艺硬件工程师刚接触多层PCB的时候，很容易看晕。动辄十层八层的，线路像蜘蛛网一样。 今天画了几张多层PCB电路板内部结构图，用立体图形展示各种叠层结构的PCB图内部架构。 01 高密度互联板(HDI)的核心 在过孔 多层PCB的线路加工，和单层双层没什么区别，最大的不同在过孔的工艺上。 线路都是蚀刻出来的，过孔都是钻孔再镀铜出来的，这些做硬件开发的大家都懂，就不赘述了。 多层电路板，通常有通孔板、一阶板、二阶板、二阶叠孔板这几种。更高阶的如三阶板、任意层互联板平时用的非常少，价格贼贵，先不多讨论。 一般情况下，8位单片机产品用2层通孔板；32位单片机级别的智能硬件，使用4层-6层通孔板；Linux和Android级别的智能硬件，使用6层通孔至8一阶HDI板；智能手机这样的紧凑产品，一般用8层一阶到10层2阶电路板。 8层2阶叠孔，高通骁龙624 02 最常见的通孔 只有一种过孔，从第一层打到最后一层。不管是外部的线路还是内部的线路，孔都是打穿的，叫做通孔板。 通孔板和层数没关系，平时大家用的2层的都是通孔板，而很多交换机和军工电路板，做20层，还是通孔的。 用钻头把电路板钻穿，然后在孔里镀铜，形成通路。 这里要注意，通孔内径通常有0.2mm、0.25mm和0.3mm，但一般0.2mm的要比0.3mm的贵不少。因为钻头太细容易断，钻的也慢一些。多耗费的时间和钻头的费用，就体现在电路板价格上升上了。 03 高密度板(HDI板)的激光孔 这张图是6层1阶HDI板的叠层结构图，表面两层都是激光孔，0.1mm内径。内层是机械孔，相当于一个4层通孔板，外面再覆盖2层。 激光只能打穿玻璃纤维的板材，不能打穿金属的铜。所以外表面打孔不会影响到内部的其他线路。 激光打了孔之后，再去镀铜，就形成了激光过孔。 04 2阶HDI板 两层激光孔 这张图是一个6层2阶错孔HDI板。平时大家用6层2阶的少，大多是8层2阶起。这里更多层数，跟6层是一样的道理。 所谓2阶，就是有2层激光孔。 所谓错孔，就是两层激光孔是错开的。 为什么要错开呢？因为镀铜镀不满，孔里面是空的，所以不能直接在上面再打孔，要错开一定的距离，再打上一层的空。 6层二阶=4层1阶外面再加2层。 8层二阶=6层1阶外面再加2层。 05 叠孔板 工艺复杂价格更高 错孔板的两层激光孔重叠在一起。线路会更紧凑。 需要把内层激光孔电镀填平，然后在做外层激光孔。价格比错孔更贵一些。 06 超贵的任意层互联板 多层激光叠孔 就是每一层都是激光孔，每一层都可以连接在一起。想怎么走线就怎么走线，想怎么打孔就怎么打孔。 Layout工程师想想就觉得爽！再也不怕画不出来了！ 采购想想就想哭，比普通的通孔板贵10倍以上！ 所以，也就只有iPhone这样的产品舍得用了。其他手机品牌，没听说谁用过任意层互联板。 07 总结 最后放张图，再仔细对比一下吧。 请注意观察孔的大小，以及孔的焊盘是封闭的还是开放的。 五大SMT常见工艺缺陷及解决方法 现在，工程师做SMT贴片已经越来越方便，但是，对SMT中的各项工艺，作为工程师的你真的了解“透”了吗？本文整理了“五大SMT常见工艺缺陷”，帮你填坑，速速get吧！ 缺陷一： “立碑”现象 即片式元器件发生“竖立”。 立碑现象发生主要原因是元件两端的湿润力不平衡，引发元件两端的力矩也不平衡，导致“立碑”。 回流焊“立碑”现象动态图（来源网络） 什么情况会导致回流焊时元件两端湿润力不平衡，导致“立碑”？ 因素A：焊盘设计与布局不合理 ①元件的两边焊盘之一与地线相连接或有一侧焊盘面积过大，焊盘两端热容量不均匀; ②PCB表面各处的温差过大以致元件焊盘两边吸热不均匀; ③大型器件QFP、BGA、散热器周围的小型片式元件焊盘两端会出现温度不均匀。 解决办法：工程师调整焊盘设计和布局。 因素B：焊锡膏与焊锡膏印刷存在问题 ①焊锡膏的活性不高或元件的可焊性差，焊锡膏熔化后，表面张力不一样，将引起焊盘湿润力不平衡。 ②两焊盘的焊锡膏印刷量不均匀，一侧锡厚，拉力大，另一侧锡薄拉力小，致使元件一端被拉向一侧形成空焊，一端被拉起就形成立碑。 解决办法：需要工厂选用活性较高的焊锡膏，改善焊锡膏印刷参数，特别是钢网的窗口尺寸。 因素C：贴片移位Z轴方向受力不均匀 会导致元件浸入到焊锡膏中的深度不均匀，熔化时会因时间差而导致两边的湿润力不平衡，如果元件贴片移位会直接导致立碑。 解决办法：需要工厂调节贴片机工艺参数。 因素D：炉温曲线不正确 如果再流焊炉炉体过短和温区太少就会造成对PCB加热的工作曲线不正确，以致板面上湿差过大，从而造成湿润力不平衡。 解决办法：需要工厂根据每种不同产品调节好适当的温度曲线。 缺陷二： 锡珠 锡珠是回流焊中常见的缺陷之一，它不仅影响外观而且会引起桥接。锡珠可分为两类：一类出现在片式元器件一侧，常为一个独立的大球状（如下图）;另一类出现在IC引脚四周，呈分散的小珠状。 位于元器件腰部一侧（来源网络） 锡珠产生的原因主要有以下几点： 因素A：温度曲线不正确 回流焊曲线可以分为预热、保温、回流和冷却4个区段。预热、保温的目的是为了使PCB表面温度在60～90s内升到150℃，并保温约90s，这不仅可以降低PCB及元件的热冲击，更主要是确保焊锡膏的溶剂能部分挥发，避免回流焊时因溶剂太多引起飞溅，造成焊锡膏冲出焊盘而形成锡珠。 解决办法：工厂需注意升温速率，并采取适中的预热，使溶剂充分挥发。 因素B：焊锡膏的质量 ①焊锡膏中金属含量通常在(90±0.5)℅，金属含量过低会导致助焊剂成分过多，因此过多的助焊剂会因预热阶段不易挥发而引起飞珠； ②焊锡膏中水蒸气和氧含量增加也会引起飞珠。由于焊锡膏通常冷藏，当从冰箱中取出时，如果没有充分回温解冻并搅拌均匀，将会导致水蒸气进入；此外焊锡膏瓶的盖子每次使用后要盖紧，若没有及时盖严，也会导致水蒸气的进入； ③放在钢网上印制的焊锡膏在完工后，剩余的部分应另行处理，若再放回原来瓶中，会引起瓶中焊锡膏变质，也会产生锡珠。 解决办法：要求工厂选择优质的焊锡膏，注意焊锡膏的保管与使用要求。 其他因素还有： ①印刷太厚，元件下压后多余锡膏溢流； ②贴片压力太大，下压使锡膏塌陷到油墨上； ③焊盘开口外形不好，未做防锡珠处理； ④锡膏活性不好，干的太快，或有太多颗粒小的锡粉； ⑤印刷偏移，使部分锡膏沾到PCB上； ⑥刮刀速度过快，引起塌边不良，回流后导致产生锡球... 缺陷三： 桥连 桥连也是SMT生产中常见的缺陷之一，它会引起元件之间的短路，遇到桥连必须返修。 BGA桥连示意图（来源网络） 造成桥连的原因主要有： 因素A：焊锡膏的质量问题 ①焊锡膏中金属含量偏高，特别是印刷时间过久，易出现金属含量增高，导致IC引脚桥连; ②焊锡膏粘度低，预热后漫流到焊盘外; ③焊锡膏塔落度差，预热后漫流到焊盘外。 解决办法：需要工厂调整焊锡膏配比或改用质量好的焊锡膏。 因素B：印刷系统 ①印刷机重复精度差，对位不齐(钢网对位不准、PCB对位不准)，导致焊锡膏印刷到焊盘外，尤其是细间距QFP焊盘； ②钢网窗口尺寸与厚度设计失准以及PCB焊盘设计Sn-pb合金镀层不均匀，导致焊锡膏偏多。 解决方法：需要工厂调整印刷机，改善PCB焊盘涂覆层。 因素C：贴放压力过大 焊锡膏受压后满流是生产中多见的原因，另外贴片精度不够会使元件出现移位、IC引脚变形等。 因素D：再流焊炉升温速度过快，焊锡膏中溶剂来不及挥发 解决办法：需要工厂调整贴片机Z轴高度及再流焊炉升温速度。 缺陷四： 芯吸现象 芯吸现象，也称吸料现象、抽芯现象，是SMT常见的焊接缺陷之一，多见于气相回流焊中。焊料脱离焊盘沿引脚上行到引脚与芯片本体之间，导致严重的虚焊现象。 产生原因： 通常是因引脚导热率过大，升温迅速，以致焊料优先湿润引脚，焊料与引脚之间的润湿力远大于焊料与焊盘之间的润湿力，引脚的上翘回更会加剧芯吸现象的发生。 解决办法：需要工厂先对SMA（表面贴装组件）充分预热后在放炉中焊接，应认真的检测和保证PCB焊盘的可焊性，元件的共面性不可忽视，对共面性不好的器件不应用于生产。 注意： 在红外回流焊中，PCB基材与焊料中的有机助焊剂是红外线良好的吸收介质，而引脚却能部分反射红外线，故相比而言焊料优先熔化，焊料与焊盘的湿润力就会大于焊料与引脚之间的湿润力，故焊料不会沿引脚上升，从而发生芯吸现象的概率就小得多。 缺陷五： BGA焊接不良 BGA：即Ball Grid Array（球栅阵列封装） 正常的BGA焊接（来源网络） 不良症状①：连锡 连锡也被称为短路，即锡球与锡球在焊接过程中发生短接，导致两个焊盘相连，造成短路。 解决办法：工厂调整温度曲线,减小回流气压,提高印刷品质。 红圈部分为连锡（来源网络） 不良症状②：假焊 假焊也被称为“枕头效应(Head-in-Pillow,HIP)”，导致假焊的原因很多（锡球或PAD氧化、炉内温度不足、PCB变形、锡膏活性较差等）。BGA假焊特点是“不易发现”“难识别”。 BGA假焊示意图（来源网络） BGA“枕头效应”侧视图（来源网络） 不良症状③：冷焊 冷焊不完全等同与假焊，冷焊是由于回流焊温度异常导致锡膏没有熔化完整，可能是温度没有达到锡膏的熔点或者回流区的回流时间不足导致。 解决办法：工厂调整温度曲线,冷却过程中,减少振动。 BGA冷焊示意图（来源网络） 不良症状④：气泡 气泡（或称气孔）并非绝对的不良现象，但如果气泡过大，易导致品质问题，气泡的允收都有IPC标准。气泡主要是由盲孔内藏的空气在焊接过程中没有及时排出导致。 解决方法：要求工厂用X-Ray检查原材料内部有无孔隙,调整温度曲线。 BGA气泡示意图（来源网络） 一般说来，气泡大小不能超过球体20% 不良症状⑤：锡球开裂 不良症状⑥：脏污 焊盘脏污或者有残留异物，可能因生产过程中环境保护不力导致焊盘上有异物或者焊盘脏污导致焊接不良。 除上面几点外，还有： ①结晶破裂（焊点表面呈玻璃裂痕状态）； ②偏移（BGA焊点与PCB焊盘错位）； ③溅锡（在PCB表面有微小的锡球靠近或介于两焊点间）等。
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如何选择合适的元器件布局方式？
基材基材普遍是以基板的绝缘部分作分类，常见的原料为电木板、玻璃纤维板，以及各式的塑胶板。而PCB的制造商普遍会以一种以玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分，再以环氧树脂和铜箔压制成“黏合片”(prepreg...
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BGA封装在电子产品中的应用实例
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中间继电器的维护与保养方法是什么？
继电器作为一种常用器件，你知道继电器有多少具体的类别吗?可能你听过固态继电器、速度继电器、舌簧继电器等，但是你了解中间继电器吗?为增进大家对继电器的认识，本文将对中间继电器的结构、分类以及中间继电器和...
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一文讲清楚芯片失效
芯片失效分析是指对电子设备中的故障芯片进行检测、诊断和修复的过程。芯片作为电子设备的核心部件，其性能和可靠性直接影响整个设备的性能和稳定性。 随着半导体技术的迅速发展，芯片在各个领域广泛应用，如通信、计算机、汽车电子和航空航天等。 因此，对芯片故障原因进行准确分析变得非常重要，它不仅可以提高产品质量，为芯片设计和制造提供有价值的反馈，而且对于保证设备的正常运行具有重要意义。 一、芯片失效分析的重要性不可忽视 芯片失效分析对于保证产品可靠性、优化生产流程、降低维修成本以及预防未来类似问题具有重要意义。 通过对芯片失效分析，工程师们可以了解芯片失效的条件、失效机理是什么，以及如何改进设计和制造工艺以避免类似问题。 二、芯片失效的常见原因 芯片失效的常见原因有很多。 其中包括长时间工作引起的过热、电源电压不稳定、电路设计问题、材料老化、环境因素、人为操作错误等。 这些因素可能导致芯片功能异常、电路中断、短路、损坏等问题，进而导致芯片失效。 导电层损坏、电路连接问题、温度过高、静电放电、设计或制造缺陷等。 1.制造过程中可能出现工艺缺陷，如金属层腐蚀或晶体管偏置错位等问题，这些缺陷会导致芯片使用时出现故障。 2.高温问题：芯片在运行过程中会产生热量，如果温度超过芯片能够耐受的高温度，会导致芯片失效。 3.电压过高或过低是导致芯片失效的常见原因之一。无论是过高还是过低的电压都会对芯片的正常工作造成不利影响。 4.弯曲或振动风险：芯片可能会受到外部力量的弯曲或振动，这可能导致芯片内部的连接变松或断裂，从而引发故障。 5.静电放电是导致芯片失效的重要原因之一。当人体静电通过芯片的引线时，可能会对芯片内部的结构或元器件造成损坏。 6.机械损伤是指物理行为对芯片造成的损害，例如摔碎、弯曲等情况。特别是对于没有外壳保护的裸片芯片，更容易因机械损伤而失效。 7.腐蚀是指在特定环境下，例如受到污染或遭受化学腐蚀的介质影响下，芯片的材料可能会发生锈蚀或腐蚀现象，进而导致芯片发生氧化失去电力。 8.质量控制问题：芯片质量问题可能会导致芯片快速损坏。 9.环境的变化可以导致芯片失效，这些变化包括温度、湿度、电磁场等因素。 10.基础材料的缺陷可能会影响芯片性能，导致芯片寿命延长。 三、芯片失效分析的方法 芯片失效分析的方法是用于确定芯片故障原因的一种技术。在芯片失效分析过程中，通常会采取以下几种方法： 外观检查：对芯片各个部分的外观进行检查，寻找可能的损坏或异常现象。例如，检查芯片是否有物理损坏、接插件是否松动等。 电气测试：通过对芯片进行电气特性测试，如电压、电流、频率等参数的测量，以确定是否存在电路异常。可以采用数字万用表、示波器等工具进行测试。 热分析：通过对芯片进行热分析，检测芯片的温度分布和热效应，以发现可能存在的热问题。可以使用红外热像仪等设备进行热测量。 X射线检测：利用X射线技术对芯片进行检测，以查找可能存在的内部缺陷或结构问题。可以通过X射线显像仪进行检测。 比较分析：将失效芯片与正常工作的芯片进行比较分析，找出失效芯片与正常芯片之间的差异，并据此推断故障原因。 通过以上分析方法，可以辅助工程师定位芯片故障原因，并采取相应的修复或更换措施。 四、在进行芯片失效分析时，通常会使用以下的方法： 01 SAT检测分析（超声波扫描显微镜）的检查内容包括： 1.1、材料内部的晶体结构、杂质粒子、杂质物、沉淀物。 1.2、裂纹在物体内部 1.3、缺陷的分层级别 1.4、孔洞、泡沫、间隙等 02 X-Ray检测分析(X光检测)的检查内容: 2.1、观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGAFlipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板 2.2、观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况 2.3、观测芯片crack、点胶不均、断线搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷 03 离子束显微镜 离子束显微镜是一种利用离子束与样品相互作用进行观察和分析的仪器。通过此技术，可以探测样品的形态、表面结构和成分等信息。 FIB检测分析是指在离子束显微镜上进行的分析和检测工作。 其检查内容主要包括对样品的形貌、表面结构、元素分布和化学成分等方面的分析和检测。通过FIB检测分析，可以获得关于样品的详细信息，进而帮助人们了解样品的性质和特点。 3.1、芯片电路修改和布局验证 3.2、Cross-Section截面分析 3.3、Probing Pad 3.4、定点切割 04 SEM/EDX检测分析的内容包括形貌观测和成分分析 4.1、进行材料表面形貌分析，观察材料微区的形貌。 4.2、分析材料的形状、尺寸、表面特征、截面形态以及颗粒大小的分布情况。 4.3、对薄膜样品进行表面形貌观察，并分析薄膜的粗糙度和厚度。 4.4、纳米尺度的计量和标记 4.5、微区成分的定性和定量分析 05 Laser Decap的检测分析主要涉及以下内容：开封检查、开盖检查和开帽检 5.1、可使用IC开封方式包括正面和背面的QFP、QFN、SOT、TO、DIP、BGA和COB等封装。 5.2、样品削薄（不包括陶瓷和金属） 5.3、使用激光进行标记 06 检查内容包括切割制样的制备、检测和分析过程 6.1、通过采用样品冷埋注塑的方式，可以获得样品的标准切面。 6.2、切割小尺寸样品 07 通过金相显微镜进行OM检测分析时，主要检查以下内容 7.1、检测样品的外观和形态 7.2、进行样品的金相显微分析制备 7.3、寻找各种缺陷 五、针对不同的芯片类型可能会有各种不同的失效原因，下面列举了一些常用的芯片故障排查技巧： 1、检查芯片表面：首先应该观察芯片表面是否有明显的损坏或烧焦痕迹。如果有，很可能是由于芯片发生了短路或过压等问题。 2、我们可以通过使用万用表等工具来测量芯片的电压和电流，以确定芯片是否正常工作。如果发现电压或电流异常，很有可能是芯片内部元器件损坏或者连接不良导致的。 3、检查连接线路：连接线路对芯片的正常工作至关重要，因此需要检查是否有损坏或连接不良的情况。如果发现连接不良，可以重新焊接或更换连接线路。 4、程序调试是一种解决芯片程序问题的方法，可以通过使用仿真工具和逐步调试的方式逐步定位问题。 5、如果以上的解决办法都没有解决问题，那么可能是芯片本身出现了故障。此时需要将芯片更换掉，并重新进行测试。 六、对于芯片失效分析，存在着一些挑战与展望 首先，芯片失效分析的一个挑战是不同类型芯片失效的多样性。芯片失效可以由电路设计错误、材料缺陷、工艺问题等多种因素引起。因此，需要采用多种技术和方法来分析不同类型的芯片失效。 其次，芯片失效分析的另一个挑战是故障定位的复杂性。芯片中的故障可能分布在非常微小的区域，因此需要高精度的仪器和设备来进行定位。此外，芯片失效分析需要对芯片进行非常精细的解剖和测试，这对实验设备和技术要求都很高。 另外，芯片失效分析也面临着一些展望。随着科技的发展，新的分析技术和方法不断涌现，例如扫描电镜、离子束刻蚀和红外热成像等。这些新技术的应用可以提高芯片失效分析的效率和精度，从而更好地解决芯片失效问题。 此外，芯片失效分析与人工智能的结合也是一个展望。利用深度学习等人工智能技术，可以对大量的芯片失效数据进行分析和处理，快速发现故障模式和解决方案，提高失效分析的自动化和智能化水平。 总之，芯片失效分析在面对挑战的同时也面临着一些展望。通过不断探索和应用新的技术和方法，相信可以更好地解决芯片失效问题，提高芯片的可靠性和性能。 尽管芯片失效分析技术已经有了明显的进展，但仍然面临着一些挑战，比如分析过程的复杂性和高精度设备的成本等问题。 未来，随着新技术的发展和应用，比如人工智能和机器学习等，芯片失效分析将变得更加准确和高效。同时，随着芯片制造技术的不断改进，芯片的可靠性和稳定性也会进一步提高。 总的来说，进行芯片失效分析对于确保产品质量、优化生产流程并预防未来问题具有重要意义。 随着技术的不断进步，我们有理由相信，未来的芯片失效分析将更加准确、高效，并为半导体产业的持续发展提供有力的支持。
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