PCBA的失效分析

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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。
  
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• PCBA 故障特征
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  & ^/ Q# F, X$ B2 R  p1. 机械损伤
  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。
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  - 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；
  - 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
  - y) I* _' `6 d- 助焊剂没有清洗干净；
  - 处理时留下指纹，尘土或清洗液；
  - 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。
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  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。
  
  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。
  
  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。
  

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• PCB 失效分析步骤
  
• 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。
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• 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。
  
• 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。
  
• 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。
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• 5. SEM 和EDX
  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：
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  ; 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。
  
  . 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。
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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。
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  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。
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• 绝缘电阻测试：
  
  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：
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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。
  - 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。
  - 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。
  
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机械损伤、热损伤、污染、热膨胀、组件互联故障