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。
- }6 [$ u- J2 n7 c- NPCBA 故障特征6 _7 g, e# }8 K' ~1 J- S
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1. 机械损伤5 n; N/ {: j+ v( ? E: z
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。( v. f; c" S( n+ v
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2. 热损伤# B! E( d8 g/ n$ V( [$ S
- 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);
2 V' p+ a- u+ O* i8 D3 z- 设备外部热源导致的损伤;5 S" z' q" k8 ^' K/ y& p/ h8 @
- 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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3. 污染 1 A- o- [2 ^* Z$ e9 L9 N
- 助焊剂没有清洗干净;1 \7 K' C* _# D' @6 p8 U' H4 O# C. h+ n
- 处理时留下指纹,尘土或清洗液;
4 W& `, y; f" \: n. @+ C: X9 ^) t' w7 ]- 来自装配时的金属碎片或焊料搭桥;; X1 t: D9 \0 ?
- 在贮存,设备安装或运行期 间遭遇被污染的大气;0 |$ X5 V' D& A0 J
- 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 " _$ x x& x: _
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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0 d( d+ |5 F V {! u# _8 g1 b6 ]& E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。5 t- m& C1 Q9 D3 d( c4 G# F
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4. 热膨胀失配3 M% E1 T1 N4 R+ ?; \3 d
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。& x/ R0 f- a+ A, B
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5. PCB 上的组件互联故障
* k( Y" f1 n0 f6 V3 R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。" |- h+ ~; W' }6 ~
PCB 失效分析步骤
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1.目检
5 P9 j( m( y% ~' x$ ^7 ]/ v; ^/ d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。2 }2 s, M3 g4 Y
2. X 射线 - L) @; L- J- ]* `' }
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。
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3. 电测量
: b" f, A& @! F( q2 r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。
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4. 断面分析
; w$ J3 i% U( Q+ {- t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。 % Q9 x. R. M i6 i5 j6 r
5. SEM 和EDX - f8 t* j7 ]$ Y! G8 w
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。
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除去共形层的方法:+ r2 c& d5 a% s6 {8 N& W% r
: B; p' @1 M$ }0 d7 u6 N3 ~0 l1. 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。
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# ~5 H+ w% P& l& k0 Y* d; W6 F" N2. 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。 2 d" _; k" m/ |6 q' O
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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。 $ t9 e% B. c; S' T5 C/ t- q3 ?) ~4 N
0 g8 z+ c8 V. W6 `) W, t7 t4. 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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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:
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- 进行测量前,PCB 应当暴露到它所经受的湿度水平上。
0 J$ f+ x. t" ~) Y8 K- 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。
/ y8 D3 Z; V0 X1 X* }& d1 v3 a0 y- 在显微镜下仔细检查以确认漏电或污染物的实际来源。
, w5 @2 v) O/ P2 S( c9 ~- 要用低电压技术进行测量以免损坏器件。
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