PCBA 的失效分析的故障特征及分析步骤

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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。

PCBA 故障特征

1. 机械损伤
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。

2. 热损伤
4 `) w6 j* @! t) v5 H4 H: [- 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）；
- 设备外部热源导致的损伤；
$ @% X" d, s: D4 i- 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）

3. 污染
- 助焊剂没有清洗干净；
1 Z. W& U' d) Z7 [" y) C- 处理时留下指纹，尘土或清洗液；
- 来自装配时的金属碎片或焊料搭桥；
( s2 b* T) k7 u/ t0 u2 r2 Q- 在贮存，设备安装或运行期 间遭遇被污染的大气；
- 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
5 |2 _8 B9 g1 |  _0 ~) Y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。
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6 H& l/ _; E- f6 p1 i2 T; r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。

4. 热膨胀失配
1 m; ?7 b9 v* S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。
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. }! Y9 m# I. x$ t+ t! p% h, m5. PCB 上的组件互联故障
$ y; X( M3 J  T" z9 O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。
" D9 l+ {2 u8 j  q+ RPCB 失效分析步骤
1.目检
. A- r% ^, l" M% c8 z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。
8 l6 Z: A7 o3 o$ f, |: `& {2. X 射线
  `( ?6 O$ X* O. o! W& r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。
3. 电测量
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。
4. 断面分析
: |3 L+ b# D7 e) U0 E0 b7 |6 D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。
: c  q& A8 m' t" a% h5. SEM 和EDX
% ^: ^) W: d( X& Q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。
" l4 C- e  B9 S" T6 S  {( h除去共形层的方法：

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。

9 }) A4 `; C) ^, W$ {1 K4 p2. 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。

" A  Y, ]' P  I$ }3 C0 r0 i" N3. 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。

6 ]& ?( s: C1 L' z5 u4. 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。
$ K) T$ M) C+ f! _( v; `- I+ }  _绝缘电阻测试：
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- Y! P5 [7 f2 i. ]5 E. _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：

- 进行测量前，PCB 应当暴露到它所经受的湿度水平上。
- 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。
! o8 z4 G4 {  ^0 R  k* y3 v: @- 在显微镜下仔细检查以确认漏电或污染物的实际来源。
- 要用低电压技术进行测量以免损坏器件。

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基片表面上的污染物可以应用SEM 来鉴别