在半导体产业链中，从组件设计、晶园制造、封装测试、模块组装以至于系统组装，在这漫长的生产过程中，通过层层关卡才能制造出一个成品，而每道关卡皆需要测试检验与失效分析才能发掘产品的问题点，进而提高产品出货良率。
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今天我们就来谈谈PCBA这个阶段的检验分析方式吧！ |
在进入 PCBA 分析的主题之前，首先要先了解什么叫做 PCBA，PCBA 的全名是 Printed Circuit Board Assembly，也就是已经组装电子组件的 PCB。为了改善表面贴焊技术 (Surface Mount Technology, SMT) 或通孔焊接技术 (Through-Hole Technology, THT) 的制程以通过可靠度验证，或者保证量产之后 PCBA 的出货质量与客退分析，通常会经由非破坏与破坏性的分析方式，解析电子组件与 PCB 之间的附着情形；前者是使用 3D X-ray，后者则是用切片研磨的手法观察组件与 PCB 之间的横截面。
在可靠度验证或客退品的失效分析中，通常会先建议使用 3D X-ray 做 PCBA 初步的检视，如同断层扫描般确认失效的类型与位置，再进一步的切片研磨到定位后，使用 SEM 拍摄高分辨率的异常结构，达成无损验证、精准定位与细微观察之整合分析方式。
 图一 使用 3D X-ray 检查出 solder ball 中的空洞 |
图二 3D X-ray 观察 pin 脚插入通孔之状态 |
 图三 3D X-ray 以 3D profile 的方式展示 PCB 内部构造 |
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完整的PCBA检验分析 样品制备是决定成败的关键 |
目前 PCBA 切片研磨的样品制备是遵循 IPC TM-650 的规范，而切片的结果判读则主要是依照 IPC-A-610，任何外观上以及切片上会看到的异常，IPC-610 都有评判标准，例如空洞 (void) 大小、裂痕 (crack)、通孔 (PTH) 填锡高度和锡球 HIP (head in pillow) 等等。在出货检验上，通常一片板子上各种类型的组件都会切一颗来观察，并且和红墨水实验一起进行比对，因此在样品制备上需要先拟定观察的流程、安排横截面的制备与观察顺序，如此才能完成一片完整的 PCBA 检验。若是客退品分析，则只会针对特定异常的组件做外观以及切片的观察，也可能会利用定位工具先行确认缺陷位置，再进行后续的失效分析。
在样品的制备上，一般来说都是切在焊接处、BGA ball 或是 pin 脚上与 PCB 的接合位置，观察锡裂、冷焊、桥接、void 大小或共金 (IMC) 厚度。这些缺陷问题与 PCB 制程以及焊接技术息息相关，比如说常见的空焊与桥接，通常是在加温时板材弯曲造成距离变大而形成空焊，距离变小则形成桥接。HIP 则是回焊的时候板子弯曲，使得板子与锡球间的距离变大，回温时形变下降但锡球温度已经低于熔点而形成了枕头效应。锡裂则有几个成因，如外力撞击所产生的内部应力导致，或是 reflow 的高温造成热涨冷缩影响。透过这些失效现象的判断来辅助产线良率的监控，进而做对应的制程改善与良率提升。
任何分析检测皆需注重分析的质量，而在破坏性分析质量的背后，关键往往是建立在样品的制备上。在 PCBA 分析检测的领域，主要必备的便是切片的功夫，切片的好坏会直接影响结果的判读，如果试片研磨不在层次的正中央，尺寸量测就会失真；抛光的程度不够，样品上的刮痕就容易造成误判；抛光过头的话，材料的边界会圆滑掉，用光学显微镜就拍不出好照片。因此，样品制备人员是 PCBA 分析中最重要的一环，这些基本要求皆是建筑在多年的手工经验上。
闳康科技建立了专业的 PCBA 分析团队，在上海、厦门、台湾硅导、竹北实验室培育了试片制备与 SEM 拍照的人才，拥有丰富的 PCBA 分析经验与专业知识，足以担付客户各类 PCBA 的分析需求。
图四 切片研磨后，观察 solder joints 的是否有缺陷及量测 IMC 厚度 |
 图五 分别以 3D OM 的明暗视野 (同轴光与环型光) 观察焊盘坑裂 (Pad Cratering) |
图六 孔铜与孔壁接合力不佳造成的 hole wall pull away |
