PCBA故障特征及PCB失效分析步骤

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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
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1.机械损伤

9 C3 }+ f0 z' ~7 E& N; A9 ^7 n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

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）；
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设备外部热源导致的损伤；
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% W; G" R- c2 q7 ~. \0 [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）
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9 f6 l2 s6 s6 n" l3.污染
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助焊剂没有清洗干净；

" a3 M6 Y4 L9 }2 k处理时留下指纹，尘土或清洗液；
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  ~- |" y* w+ {' n" ^  @: r来自装配时的金属碎片或焊料搭桥；

  }$ W: R# N( G3 f! L在贮存，设备安装或运行期间遭遇被污染的大气；

' ]* [! K# K; S4 c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。

* h; v: ]: D( B: a" h  l5 B* b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。
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$ k# i; D: l, w. `2 y+ D" R/ I4.热膨胀失配

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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5.PCB上的组件互联故障

- |% _4 O2 p$ j2 V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。
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' h0 N8 ]4 t1 @PCB失效分析步骤
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$ B$ Q1 q$ m8 E  j) l4 i1.目检
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9 B/ g: f: ?4 v& M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。

0 I% _6 D( p8 B  u2.X射线
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- A! L9 B' s1 B0 I: E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。

' D% q1 y+ H3 I" l3.电测量
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, \; k# \+ ^6 w5 O- ?& j, U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
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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。
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8 M7 T5 [, A( ]  k9 F# Y" g" c5.SEM和EDX

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。

除去共形层的方法：

0 q- w1 F  v: _' i+ q5 O1.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。

, {0 n  z0 `" M9 Z: m# J2.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。

( L# H# v7 k+ M+ a9 b3.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。
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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。
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绝缘电阻测试：
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- B. z" R4 }" C2 V! l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。

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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太棒了，谢谢楼主分享的资料