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PCBA 的失效分析的故障特征及分析步骤

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    [LV.1]初来乍到

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    发表于 2021-1-18 15:20 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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    x
    PCBA 是由PCB 和各种电子元件组成的系统。PCB 的主要材料是玻璃纤维和环氧树脂的复合材料,分为单面板,双面板和多层板。1 C8 n* o. V: Y, Z& m4 x

    : N( O- j5 e) s" v& q7 OPCBA 故障特征
    % b; b" ]5 I& t
    ! Z8 y+ ~3 h8 Z6 h1. 机械损伤
    7 c. H" P! y. o$ S& T+ e  _7 V; F由于受到弯曲,扭曲等应力作用,可能会使元件损坏。对于SMD 组件,可能使一些元件焊点处开裂或者元件损坏,在有通孔的 PCB 上,元件的封装可能被破裂,或引脚从元件主体上脱落。
    1 u9 Z$ n, Q7 h9 u# b
    7 w/ [% Z" y2 j6 M' t2. 热损伤
    , V7 \) M% D2 @# y% E4 `8 d- 施加到线路板上的电压过高造成过大的电流,对于较小的线路或元件,它们的功耗消耗能力,导致过电损伤(EOS);
    # P9 ?; K" n  w% B/ a- 设备外部热源导致的损伤;+ \& @/ H8 l. i5 K$ z1 I+ ^  s7 N8 V
    - 元件故障引起热损坏(长时间的高温导致环氧树脂将碳化变黑)6 j8 e& i' c1 T( r& e  L* Y: }
    # R8 B1 R3 r: s. D1 |& x
    3. 污染 7 y  I5 R- h. x( S# X* j  L8 z
    - 助焊剂没有清洗干净;
    6 v9 @2 I# E# ~4 Q7 t. Y) V- 处理时留下指纹,尘土或清洗液;6 O: L& ^' e: X) H2 j
    - 来自装配时的金属碎片或焊料搭桥;
    ; B0 j+ P. u& Q6 k9 A- 在贮存,设备安装或运行期 间遭遇被污染的大气;
    9 M% L8 Q& [5 h  {2 @- 环境中的湿气或盐分。环境中的污染物能 够导致铜线路的侵蚀,使绝缘性下降。污染物 . J% z/ i$ G  t# ?
    可引起铜线路的侵 蚀,经过长时间,污染物可能引起金属迁移现象,有两种形式:晶须生长和枝晶生长。 - c/ U0 {: K8 m( _" Z$ g) k8 U
    6 Q0 c9 y( U2 C. V+ A3 m5 o) `
    鉴别污染物时,最常用显微镜和 SEM ,EDX,或者用FTIR,SIMS,XPS 之类的技术。7 Z5 E+ _1 p6 p
    9 S1 j! ~! k- q  q
    4. 热膨胀失配* Y. g4 e* G# h/ L: }
    当把具有不同的热膨胀系数材料物理连接在一起时,它们的尺寸随着温度而变化,尤其是温度巨变时,会引起机械故障。
    " |  F8 [9 ]: i5 L  J9 t: E- f
    4 C" U/ z$ c% W! Q5. PCB 上的组件互联故障
    ) G* U2 |1 A% N互联故障多发生在焊点上,多层板间的分界面上以及焊盘连接处。若干层与通孔之间的气孔以及线路中的裂缝等导致连接失效。焊料中的污染物也能造成焊点不牢固,可引起焊点裂缝。热应力,机械应力和工艺问题都能引起互联故障。另外挥发性有机物VOC 受热膨胀可造成气孔或开裂, 进而引起连接故障。4 r# C1 t5 T, S4 F
    PCB 失效分析步骤 # ^- g+ C6 a& y/ Z. w# [
    1.目检 ( ]# J! _8 l% T$ S. f
    基片上的裂缝表明存在弯曲等应力,过热或变色的线路是过流的一种标志。破裂的焊点暗示可焊性的问题或焊料的污染,若干焊点具有灰暗的表面或过多,过少的焊料,这些特征是存在焊接技术差,污染物或过热的标志,任何脱色都可能意味着过热。焊料再流产生气孔意味着高温。
    / I* V; C& m6 j7 X2. X 射线 ( c6 M3 W, w. B- c+ C
    检查任何断开/短接或线路的损坏,未完全填充的通孔,位置未对准的线路或元件焊盘。 # o6 Z# _( e: O( T3 _8 j7 P
    3. 电测量
    5 @6 R5 ?$ w. z4 u" F8 h- i* T1 y用于确认开裂和断裂的焊点,由污染物引起的漏电,可以加电压测电流,但要限制电压在合理范围。在测试过程中施加一些应力可能发现一些间歇性异常。
    8 T1 J& k) `" f0 u2 B: i* m4. 断面分析 , C: t4 ~: R  d' V5 e
    对于焊点和多层板内部的缺陷,可以用制备金相样品的方法来检查。 9 Y0 K; N/ n# Y1 b9 V7 l' L+ d
    5. SEM 和EDX , ]  |: `8 ^7 ^% }! y* T# {. W' A& ~4 `( J
    基片表面上的污染物可以应用SEM 来鉴别,污染物可能出现在板的表面或共形涂层的下面,有时必须先除去共形涂层而不要影响污染物,氯,氟,硫,和溴是关心的元素,溴是某些材料中起阻燃作用的阻燃剂成分。可以用EDX 检查焊点是否存在污染物,硫,氧,铜,铝和锌都是可能导致焊点出现问题的污染物,由污染物引起的焊点破裂,经常发生在元件引脚与焊料界面处的金属间化合物中。
    4 h1 |* a& R  Y! N% u除去共形层的方法:
    1 o. b1 b5 Y' N8 J6 ^0 n* Q) ]" m- A' _' q0 V
    1. 用溶剂溶解,二甲苯,三氯乙烷,甲基乙醛酮和氯化亚甲基之类的溶剂可以去除共形层,但不要损伤板子或污染物。+ [6 L' \& t: X8 p1 o! d

    6 @$ a( _, K0 a7 N+ c3 f2. 热分离,采用可控的低温加热方法,对厚涂层这种方法最好,热直接加到涂层上使其与基底材料分离。 1 T: k* f% ~% [0 v
    & |5 e% t- h. I& l8 Z; g5 m% t3 u  `
    3. 磨掉,用类似喷砂处理的喷射设备除去那些不可能用溶剂融掉的涂层。 ' s3 a! L: O6 G" h5 w. |5 C$ Y
    6 Q' I( Z7 k& D* L- V7 u
    4. 等离子腐蚀, 将板子放在真空室中,用低温等离子体去除涂层,这种方法对聚对二甲苯的去除很有效。
    . r% j! L" W, `/ N3 \4 N绝缘电阻测试:7 R# c: j1 d$ ?7 n. ?2 x2 g! o* F
    # y7 z0 `* @. ~, l9 j
    绝缘电阻的降低,可能是枝晶生长,污染物和其他问题造成的结果。根据绝缘测试规范进行。PCB 的绝缘性对于相对湿度极为敏感,尤其是已被污染的,一般绝缘故障都在1兆欧以下,以下是鉴别绝缘电阻问题的一些指导方针: $ H4 w# L( A' O% W5 S9 ^6 T

    / E* A( z4 O' a) C$ j, C$ L- 进行测量前,PCB 应当暴露到它所经受的湿度水平上。
    3 b5 Y" s  N; x6 e1 |! p; m: P- 一些电路可能需要物理隔离,以便脱离整个电路系统,这是为了使单个线路测量更准确,复杂元件或电路区域可能需要移除,以便调查所关心的故障部位。
    # l8 f' x7 E9 u9 }% m$ m  f- 在显微镜下仔细检查以确认漏电或污染物的实际来源。 9 d! p( [0 O5 S
    - 要用低电压技术进行测量以免损坏器件。
    0 m; g+ W* U5 L4 x
    0 p$ Y% ~' h0 n2 U0 W  G3 A+ S2 f

    该用户从未签到

    2#
    发表于 2021-1-18 16:20 | 只看该作者
    基片表面上的污染物可以应用SEM 来鉴别
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