在失效分析過(guò)程中，往往需要借助多種失效分析手段綜合分析，方能得到可靠的分析結(jié)論。而在分析前，需理解各分析手段的原理，充分了解其能力，并依據(jù)相關(guān)測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試分析，常用的測(cè)試分析標(biāo)準(zhǔn)包括IPC-TM-650、GJB360B、QJ832B和JESD22等。以下介紹常見(jiàn)的失效分析手段：

SEM&EDS

SEM即掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope），EDS即X射線能譜分析儀（Energy Dispersive Spectrometer），兩者是業(yè)內(nèi)最常見(jiàn)的聯(lián)用設(shè)備，能夠觀察樣品表面的微觀形貌，并進(jìn)行微區(qū)成分分析。掃描電子顯微鏡由其電子槍的不同，分為鎢燈絲、熱場(chǎng)和冷場(chǎng)電鏡，不同的電鏡之間，其放大倍率和分辨率均有區(qū)別，場(chǎng)發(fā)射電鏡往往放大數(shù)十萬(wàn)倍也毫不費(fèi)力，分辨率接近1nm。

SEM主要是通過(guò)聚焦高能電子束轟擊掃描樣品表面，被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生各種信號(hào)，如二次電子、背散射電子和特征X射線等，不同的信號(hào)被不同的探頭接收從而得到試樣的各類信息，其中二次電子主要反映形貌特征，背散射電子主要反映元素特征，而特征X射線信號(hào)則被能譜儀接收，通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)微區(qū)成份分析。為了得到穩(wěn)定的圖像，要求樣品表面要導(dǎo)電，不導(dǎo)電樣品則采用噴鍍碳膜、鉑膜等方式使其導(dǎo)電。

在PCB/PCBA失效分析應(yīng)用方面，SEM主要應(yīng)用于PCB/PCBA表面形貌的觀察，通過(guò)形貌特征判斷問(wèn)題點(diǎn)和失效機(jī)理，比如焊點(diǎn)合金層（IMC）形貌、沉金鎳腐蝕、干膜浮起、銅面微蝕形貌等。

在分析SEM&EDS的測(cè)試結(jié)果時(shí)，需注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

⑴與光學(xué)顯微鏡不同，SEM輸出的是電子像，只有黑白兩色，那么在有些情況下光學(xué)顯微鏡可以輕易觀察到的問(wèn)題，在SEM圖像上卻“隱藏”了起來(lái)，比如說(shuō)金面氧化、鍍層凹坑和錫面發(fā)黃等；這些樣品在進(jìn)樣前需對(duì)缺陷位置作特殊標(biāo)識(shí)，必要時(shí)用光學(xué)顯微鏡拍的圖像作位置比對(duì)；

⑵EDS反映的是一定深度內(nèi)的元素分析結(jié)果，因此當(dāng)需要分辨元素是在樣品表面還是樣品內(nèi)部時(shí)，需要借助于其他的測(cè)試手段；

⑶EDS作為表面元素分析手段，其分析能力是有極限的，一般來(lái)說(shuō)含量在0.1%以下的元素很難被EDS探測(cè)到；另外由于EDS屬于半定量測(cè)試手段，其測(cè)試結(jié)果受加速電壓和過(guò)壓比（加速電壓/元素出峰點(diǎn)）影響較大，因此需要準(zhǔn)確定量的場(chǎng)合，不能采用EDS結(jié)果作判定。

超聲波掃描

超聲波具有較強(qiáng)的穿透性和方向性，能夠檢測(cè)PCB/PCBA的內(nèi)部情況，被廣泛的應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)。對(duì)樣品進(jìn)行超聲波掃描，分析反射及透射的信號(hào)，可以確定板內(nèi)部的分層、裂紋、空洞、起泡等缺陷。

人耳能聽(tīng)到的聲音頻率為16Hz~20KHz，而超聲波是指頻率超過(guò)20KHz的聲波，是人耳無(wú)法聽(tīng)到的。任何頻率的超聲波都不能穿透真空，而當(dāng)超聲波頻率大于10MHz時(shí)，則無(wú)法穿透空氣。正是利用此特性，超聲波掃描才能實(shí)現(xiàn)缺陷識(shí)別，比如說(shuō)在使用透射模式（T-SCAN）時(shí)，材料內(nèi)部分層、裂紋、空洞和氣泡缺陷位置由于充斥著空氣，超聲波無(wú)法透過(guò)。那么在最終的掃描圖像中，無(wú)法接收到超聲波信號(hào)的位置就是缺陷位置。如下圖為典型的超聲波掃描效果圖：

需要注意的是超聲波掃描的分辨率是有限的，理論上來(lái)說(shuō)提升超聲波頻率可以實(shí)現(xiàn)高分辨率的探測(cè)，甚至可以探測(cè)到焊點(diǎn)內(nèi)部的空洞；但是隨著超聲波頻率的提升，其穿透能力也會(huì)明顯下降，其測(cè)量深度就會(huì)受限。因此，需選擇適當(dāng)?shù)某暡l率來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的探測(cè)目的。

潤(rùn)濕平衡稱量法

照《IPC J-STD-003B 印制板可焊性測(cè)試》標(biāo)準(zhǔn)，PCB可焊性的評(píng)價(jià)方法主要有6種：邊緣浸焊法、擺動(dòng)浸焊法、浮焊法、波峰焊法、表面貼裝工藝模擬法和潤(rùn)濕稱量法。前五種方法都是通過(guò)檢查上錫效果定性評(píng)價(jià)試樣的可焊性，但缺點(diǎn)是用肉眼觀察到的外觀和可焊性面積來(lái)判定，不可避免人的主觀因素。而潤(rùn)濕稱量法是針對(duì)可焊性進(jìn)行的一種定量表征方法，能反映出不同試樣間微小的可焊性差異和整個(gè)潤(rùn)濕過(guò)程中潤(rùn)濕力隨時(shí)間變化的關(guān)系，更加明確和直觀。

潤(rùn)濕稱量法是將試件從一垂直安裝的高靈敏度的傳感器上懸吊下來(lái)，以規(guī)定的速度浸漬到規(guī)定溫度的熔融焊料槽中，且試件的底部浸漬至規(guī)定深度時(shí)，測(cè)定作用于試件上的浮力和表面張力在垂直方向上的合力，以該合力與時(shí)間的關(guān)系來(lái)評(píng)定試件的可焊性。

審核編輯 黃昊宇