在半導體產業鏈中，從元件設計、晶圓製造、封裝測試、模組組裝以至於系統組裝，在這漫長的生產過程中，通過層層關卡才能製造出一個成品，而每道關卡皆需要測試檢驗與失效分析才能發掘產品的問題點，進而提高產品出貨良率。
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今天我們就來談談 PCBA 這個階段的檢驗分析方式吧！ |
在進入 PCBA 分析的主題之前，首先要先了解什麼叫做 PCBA，PCBA 的全名是 Printed Circuit Board Assembly，也就是已經組裝電子元件的 PCB。為了改善表面貼焊技術 (Surface Mount Technology, SMT) 或通孔焊接技術 (Through-Hole Technology, THT) 的製程以通過可靠度驗證，或者保證量產之後 PCBA 的出貨品質與客退分析，通常會經由非破壞與破壞性的分析方式，解析電子元件與 PCB 之間的附著情形；前者是使用 3D X-ray，後者則是用切片研磨的手法觀察元件與 PCB 之間的橫截面。
在可靠度驗證或客退品的失效分析中，通常會先建議使用 3D X-ray 做 PCBA 初步的檢視，如同斷層掃描般確認失效的類型與位置，再進一步的切片研磨到定位後，使用 SEM 拍攝高解析度的異常結構，達成無損驗證、精準定位與細微觀察之整合分析方式。
 圖一 使用 3D X-ray 檢查出 solder ball 中的空洞 |
圖二 3D X-ray 觀察 pin 腳插入通孔之狀態 |
 圖三 3D X-ray 以 3D profile 的方式展示 PCB 內部構造 |
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完整的 PCBA 檢驗分析 樣品製備是決定成敗的關鍵 |
目前 PCBA 切片研磨的樣品製備是遵循 IPC TM-650 的規範，而切片的結果判讀則主要是依照 IPC-A-610，任何外觀上以及切片上會看到的異常，IPC-610 都有評判標準，例如空洞 (void) 大小、裂痕 (crack)、通孔 (PTH) 填錫高度和錫球 HIP (head in pillow) 等等。在出貨檢驗上，通常一片板子上各種類型的元件都會切一顆來觀察，並且和紅墨水實驗一起進行比對，因此在樣品製備上需要先擬定觀察的流程、安排橫截面的製備與觀察順序，如此才能完成一片完整的 PCBA 檢驗。若是客退品分析，則只會針對特定異常的元件做外觀以及切片的觀察，也可能會利用定位工具先行確認缺陷位置，再進行後續的故障分析。
在樣品的製備上，一般來說都是切在焊接處、BGA ball 或是 pin 腳上與 PCB 的接合位置，觀察錫裂、冷焊、橋接、void 大小或共金 (IMC) 厚度。這些缺陷問題與 PCB 製程以及焊接技術息息相關，比如說常見的空焊與橋接，通常是在加溫時板材彎曲造成距離變大而形成空焊，距離變小則形成橋接。HIP 則是回焊的時候板子彎曲，使得板子與錫球間的距離變大，回溫時形變下降但錫球溫度已經低於熔點而形成了枕頭效應。錫裂則有幾個成因，如外力撞擊所產生的內部應力導致，或是 reflow 的高溫造成熱漲冷縮影響。透過這些失效現象的判斷來輔助產線良率的監控，進而做對應的製程改善與良率提升。
任何分析檢測皆需注重分析的品質，而在破壞性分析品質的背後，關鍵往往是建立在樣品的製備上。在 PCBA 分析檢測的領域，主要必備的便是切片的功夫，切片的好壞會直接影響結果的判讀，如果試片研磨不在層次的正中央，尺寸量測就會失真；拋光的程度不夠，樣品上的刮痕就容易造成誤判；拋光過頭的話，材料的邊界會圓滑掉，用光學顯微鏡就拍不出好照片。因此，樣品製備人員是 PCBA 分析中最重要的一環，這些基本要求皆是建築在多年的手工經驗上。
閎康科技建立了專業的 PCBA 分析團隊，在矽導、竹北、上海與廈門實驗室培育了試片製備與 SEM 拍照的人才，擁有豐富的 PCBA 分析經驗與專業知識，足以擔付客戶各類 PCBA 的分析需求。
圖四 切片研磨後觀察 solder joints 的是否有缺陷及量測 IMC 厚度 |
 圖五 分別以 3D OM 的明暗視野 (同軸光與環型光) 觀察焊盤坑裂 (Pad Cratering) |
圖六 孔銅與孔壁接合力不佳造成的 hole wall pull away |
