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PCBA的失效分析

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发表于 2020-11-20 14:59 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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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。
    3 q* ^2 h( u/ Z  T) c4 v7 {
  • PCBA 故障特征3 m; X7 `5 w' L6 T0 y
    & T2 g+ n; d+ o" g
    1. 机械损伤; r+ E4 x4 X$ v# Z+ u  D/ j
    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。
    5 P4 u3 `4 L" t6 a  J0 {) V6 U
    # L$ j: s. @! h7 g) ]2. 热损伤
    8 o* c. Y2 t) f4 A7 o9 S2 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);; G$ i( Y6 I% Z! T$ u
    - 设备外部热源导致的损伤;/ K$ W# u0 y% Q8 h3 `7 X9 R5 E( |( T+ r
    - 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), _* H- g* N" a

    8 e5 w: p" m3 w/ z3. 污染
    3 N8 N+ s! i, u& D5 U& T- 助焊剂没有清洗干净;
      N. y, O/ V7 {( g% {+ ?- 处理时留下指纹,尘土或清洗液;$ P$ Z  B: H( Q1 r
    - 来自装配时的金属碎片或焊料搭桥;
    8 c5 T+ X8 ]2 q$ t5 P0 J" x/ C- 在贮存,设备安装或运行期 间遭遇被污染的大气;8 y" d. S2 Y& U; ]- W6 Y
    - 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 * }0 i- O: b% |* t& G
    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。 / w- v3 Z! s' D/ [" x5 [
    5 Z2 J# H. f6 l' h% R: G7 h7 L' |8 u
    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 `! Z$ i, C! [) N5 \

    2 G. S( x& N7 v( P- y% X4. 热膨胀失配( h1 {0 a; I  D. m* e8 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。$ H9 S. b: s* h' Y4 G% o# F9 \

    8 U1 W+ a& R! ?- D5. PCB 上的组件互联故障
    2 L0 G; z# `3 p( d0 m! ?8 N9 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。
    8 r/ Y( w/ _: W0 r

  • PCB 失效分析步骤
    $ n5 \4 W, d1 D1 j
  • 1.目检
    $ |( O; \2 {2 a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。
    & s! `1 C4 \+ A3 n4 T7 u( I1 }& K
  • 2. X 射线 + C3 X# \, t3 j- V" K" x. `7 U5 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。 ) \' B' y+ w" ^( h% _
  • 3. 电测量 & g- m& w; \2 z
    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。
    % Y- B' g0 v  l3 k4 }
  • 4. 断面分析 2 D/ o: j$ V' w
    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。 + o& v' F& i. I" c+ \. F" f
  • 5. SEM 和EDX
    / X% `/ T1 Z9 e0 _( D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。 . g: c! {/ R  i% l  q  X( L* m
  • 除去共形层的方法:
    , a8 Z; {/ A$ h+ e9 R( T* w& z7 r5 l7 f3 w+ K) r' e9 z
    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。
    1 }4 N9 E; J9 L& @- H2 s. A
    # |7 i' t/ G1 W% Q! o! L7 B5 ^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。 ) }: v& Y- \- C3 _- S# k

    8 S$ |+ k0 w5 ~: r3. 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。 ' D. K7 Z5 m+ x' S8 u, q# n* @4 m

    + @/ \6 a# H% o2 ]+ ~( l0 D( v6 m4. 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 W  s6 w, T! C: K
  • 绝缘电阻测试:
    + N2 N0 n. o% O. D6 `+ x3 c
    : e8 L0 s' [) l4 N& ^4 k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:
    : D6 Z. q% X% ^% j5 D; U% j0 Q, f7 g- ]) H8 c
    - 进行测量前,PCB 应当暴露到它所受的湿度水平上。
    4 c9 D; M0 |# K; ^$ F7 l( 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。 & a: L  Z# {  ]9 f: ]
    - 在显微镜下仔细检查以确认漏电或污染物的实际来源。
    6 s* c2 g- J% S' U' v: r$ m- 要用低电压技术进行测量以免损坏器件。
    , Y7 v8 j: }6 x' T- W

; M: @' A3 O8 _; k
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    开心
    2022-12-27 15:46
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    [LV.2]偶尔看看I

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    发表于 2020-11-20 15:30 | 只看该作者
    机械损伤、热损伤、污染、热膨胀、组件互联故障
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