PCB可靠性问题失效分析思路

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PCB在实际可靠性问题失效分析中， 同一种失效模式， 其失效机理可能是复杂多样的， 因此就如同查案一样， 需要正确的分析 思路、缜密的逻辑思维和多样化的分析手段， 方能找到真正的失效原因。在此过程中， 任何一个环节稍有疏忽， 都有可能造   成“冤假错案”。

可靠性问题的一般分析思路

背景信息收集

背景信息是可靠性问题失效分析的基础， 直接影响后续所有失效分析的走向， 并对最终的机理判定产生决定性影响 。 因此， 失 效分析之前， 应尽可能地收集到失效背后的信息， 通常包括但不仅限于：

（1） 失效范围： 失效批次信息和对应的失效率

①若是大批量生产中的单批次出问题， 或者失效率较低时， 那么工艺控制异常的可能性更大；

②若是首批/多批次均有问题， 或者失效率较高时， 则不可排除材料和设计因素的影响；

（2） 失效前处理：  失效发生前， PCB或PCBA是否经过了一系列前处理流程。常见的前处理包括回流前烘烤 、有/无铅回流焊 接、有/无铅波峰焊接和手工焊接等， 必要时需详细了解各前处理流程所用的物料 （锡膏、钢网 、焊锡丝等） 、设备 （烙铁功  率等） 和参数 （回流曲线 、波峰焊参数 、手焊温度等） 信息；

（3） 失效情境：  PCB或PCBA失效时的具体信息， 有的是在前处理比如说焊接组装过程中就已失效， 比如可焊性不良、分层 等；  有的则是在后续的老化、测试甚至使用过程中失效， 比如CAF、ECM、烧板等；  需详细了解失效过程和相关参数；

失效PCB/PCBA分析

一般来说失效品的数量是有限的， 甚至仅有一块， 因此对于失效品的分析一定要遵循由外到内， 由非破坏到破坏的逐层分析原 则， 切忌过早破坏失效现场：

（1） 外观观察

外观观察是失效品分析的第一步， 通过失效现场的外观形态并结合背景信息， 有经验的失效分析工程师能够基本判断出失效的 数个可能原因， 并针对性地进行后续分析。但需要注意的是， 外观观察的方式很多， 包括目视 、手持式放大镜 、 台式放大镜 、 立体显微镜和金相显微镜等。然而由于光源、成像原理和观察景深的不同， 对应设备观察出的形貌需要结合设备因素综合分析， 切忌贸然判断形成先入为主的主观臆测， 使得失效分析进入错误的方向， 浪费宝贵的失效品和分析时间。

（2） 深入无损分析

有些失效单单采用外观观察， 不能收集到足够的失效信息， 甚至连失效点都找不到， 比如分层 、虚焊和内开等， 这时候需借助 其他无损分析手段进行进一步的信息收集， 包括超声波探伤 、3D X-RAY、红外热成像、短路定位探测等。

在外观观察和无损分析阶段， 需注意不同失效品之间的共性或异性特征， 对后续的失效判断有一定借鉴意义 。在无损分析阶段 收集到足够的信息后， 就可以开始针对性的破坏分析了。

（3） 破坏分析

失效品的破坏分析是不可少的， 且是最关键的一步， 往往决定着失效分析的成败 。破坏分析的方法很多， 常见的如扫描电镜& 元素分析、水平/垂直切片、FTIR等， 本节不作赘述。在此阶段， 失效分析方法固然重要， 但更重要的是对缺陷问题的洞察力  和判断力， 并对失效模式和失效机理有正确清楚的认识， 方可找到真正的失效原因。

裸板PCB分析

当失效率很高时， 对于裸板PCB的分析是有必要的， 可作为失效原因分析的补充。 当失效品分析阶段得到的失效原因是裸板   PCB的某项缺陷导致了进一步的可靠性失效， 那么若裸板PCB有同样的缺陷时， 经过与失效品相同的处理流程后， 应体现出与 失效品相同的失效模式。若没有复现出相同的失效模式， 那只能说明失效品的原因分析是错误的， 至少是不全面的。

复现试验

当失效率很低且无法从裸板PCB分析中得到帮助时， 有必要对PCB缺陷进行复现并进一步复现失效品的失效模式， 使得失效分 析形成闭环。

在面临着PCB可靠性失效日益增多的今天， 失效分析对于设计优化、工艺改善、材料选型提供了重要的第一手信息， 是可靠性 增长的起点。

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失效分析对于设计优化、工艺改善、材料选型都有帮助

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