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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。 ' q. z( P! u" o6 `" ?
PCBA 故障特征/ l+ M) V* G- q
g. w; s* d- u4 d$ I6 R( l1. 机械损伤
|6 R0 @9 b) s, 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。' G- K9 t. X+ I9 I8 m
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2. 热损伤
, u% t) z, W( F/ k" m* g- e4 g- 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);! @* D" S% K& d" S& }9 s6 A4 X: n
- 设备外部热源导致的损伤;* S( r) F# F3 Q- S
- 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)! z* Y# w4 ^! O6 P' k
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3. 污染
( n( z/ E/ e/ i4 `6 p- 助焊剂没有清洗干净;
$ @1 j z5 T4 R- 处理时留下指纹,尘土或清洗液;0 Y8 _. t% o) }# Q& T
- 来自装配时的金属碎片或焊料搭桥;7 @6 Q0 o/ t6 p \: m9 S8 W
- 在贮存,设备安装或运行期 间遭遇被污染的大气;. t0 H: ~1 ?" z7 y6 `$ P0 M( ?7 X
- 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
+ o3 c& F- @# Y% O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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: y" {8 L1 D* Q- e# n8 ^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。! ~. c4 n! i2 f p" }6 b2 A
. H V Q9 C- G5 m9 y$ t4. 热膨胀失配6 i4 G$ t* v! W$ V' h7 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。% `4 c! ~" C+ H4 @. q4 V) x# N* Z
. S0 i7 }3 g) m5. PCB 上的组件互联故障
: f0 }; s e) D; D, v$ t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。 ~5 E; Y2 i, J1 a5 }
PCB 失效分析步骤
& g* _& S; ]& b" b- a9 J( z5 f 1.目检 ! t/ [. ~- R7 p& _ p
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。
K, I$ l/ j( m ~/ V" O( F 2. X 射线 9 ], j1 @" l; a' }8 |' u& 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。 ! g' x0 b. H( F
3. 电测量
: T) f' @; M; t. R$ m& F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。/ N( b. ], e% ], q5 J
4. 断面分析 & |, d$ B B" `' G# C
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。 - U w9 R. O% [1 {% u
5. SEM 和EDX
' r1 m0 w& c4 H" u) z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。 ; x$ O- S) x" ]% C2 g
除去共形层的方法:
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) W: r' R# V, A1. 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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2. 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。
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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。 " x1 E: Q4 z+ w4 b) \2 r
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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。
$ ]6 k7 J. n8 H0 E+ M 绝缘电阻测试:7 T! R9 ~2 {" x3 Z/ k1 T! h; y
l1 x6 m0 n3 y- z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: * Z4 I7 o- p! m5 q& C5 L
8 q8 |5 Z- A' N- 进行测量前,PCB 应当暴露到它所经受的湿度水平上。 ! t4 A7 J( h4 b B; _8 Q
- 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。
3 p/ v3 @4 E$ ], L, I4 z7 C7 o) T- 在显微镜下仔细检查以确认漏电或污染物的实际来源。 # z4 B3 [& [6 C& L9 r, b0 @; ]# H
- 要用低电压技术进行测量以免损坏器件。 , S" ]/ I7 v# l! h I; g8 V4 a# i8 s
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