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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。

    & O7 N# J; |' ]8 @( o
  • PCBA 故障特征
    2 S; f( T  E6 d
    & ^/ Q# F, X$ B2 R  p1. 机械损伤0 G4 L: L8 |3 B1 w5 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。
    ) s7 B3 W# H2 U' X6 N" p
    - z+ {* j: G) @" R/ i2. 热损伤
    ( J( b. u, h4 g9 h( n' K! w$ q' m- 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);
    4 B# E2 {- R, @, D; p) _- 设备外部热源导致的损伤;, M, m. v/ S# m
    - 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)
    ) E( `0 N0 {+ q$ k2 `6 d/ q) I, Q8 d  n! [
    3. 污染
    - y) I* _' `6 d- 助焊剂没有清洗干净;9 T& m! ~* g- x( f7 A3 C
    - 处理时留下指纹,尘土或清洗液;( n1 ?& O$ ^, h
    - 来自装配时的金属碎片或焊料搭桥;
    6 `4 w4 h- ^& H- F" d1 b- 在贮存,设备安装或运行期 间遭遇被污染的大气;
    / A  R& Y. P; g* n0 h- 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
    ; K, s* a/ B/ o. I1 p) r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。
    % m( v, z. c$ _6 w1 m! f- K( k  o( m! Z
    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。- M3 Q7 X2 s$ f/ s5 i$ T' e

    8 p4 G" H! y9 M5 ^4. 热膨胀失配
    3 t6 P( u! S  Q5 {5 q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。/ I- ?) H+ v8 Q% p& A

    9 e. k: P% p  r  R- X5. PCB 上的组件互联故障
    ( ^, }9 ~/ f! \' |* Z2 _! M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。  {/ w  l# ^9 [

  • PCB 失效分析步骤 , Z) b6 `8 S% |- ^$ J  K) w0 B5 m
  • 1.目检
    & Z0 U3 o/ c! g1 ~7 v1 E! D2 }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。
    4 A; D* x6 m1 h4 {
  • 2. X 射线
    & H9 d  X9 A$ d5 r1 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。 " T4 H+ w+ d' U4 Y7 z6 j: k
  • 3. 电测量
    + x  i1 ~, x  c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。/ r3 W6 a1 j0 Q! N" m
  • 4. 断面分析
    ( w/ N0 M) m; H% q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。
    0 K" }8 M- n, k# W: }" E' \3 A
  • 5. SEM 和EDX ) e' u! F! T; W* G! W" K( B
    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。
    . E/ ?3 W; A$ z' P  _1 N
  • 除去共形层的方法:
    5 }8 k  S) n/ e6 Y$ v; g2 z4 }
    ; P# o1 J! v1 ?0 @& M" M1 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。2 y) E' ^6 I! t- Y8 I# P

    . v1 P. v$ m) N: E2. 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。
    ! X6 j! O$ c$ z! n) n7 l( f1 L. U3 W0 X9 t$ f, u7 a4 `
    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。
    6 V; u; {5 y; A" z! ^5 p* l
    1 G* d, t( E: h% [. G4. 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。
    7 p+ g& v" W! j8 ~0 G; n" l
  • 绝缘电阻测试:  x8 o6 Q% P. \6 X* I" v  C0 k

    8 Q0 {' \: b8 ^7 Y( C# h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:
    * P: ]# u6 S0 `8 b# x: }9 ]! e. |+ W  v+ r! S0 b  U+ I
    - 进行测量前,PCB 应当暴露到它所受的湿度水平上。 + `" `6 M0 X+ o5 b4 M  e7 P
    - 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。 % F& c& D% N! v$ A
    - 在显微镜下仔细检查以确认漏电或污染物的实际来源。
    % P" B: ?  [! ~; r8 N- 要用低电压技术进行测量以免损坏器件。

    0 t# P: y: m) B
  P) w7 }4 x3 Q% S5 _6 |$ p+ 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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