PCBA 的失效分析的故障特征及分析步骤

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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。

# ^$ @% Y8 x. X6 H+ ]& `! Z: Z+ S2 FPCBA 故障特征
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1. 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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2. 热损伤
; v$ N0 t. ]* M% w! F1 R, T' I$ n- u- 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）；
- 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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9 w; R8 c9 o! M* R1 ~  u; h' y3. 污染
- 助焊剂没有清洗干净；
- 处理时留下指纹，尘土或清洗液；
( T, ~: v0 B% r$ i4 |: ^- 来自装配时的金属碎片或焊料搭桥；
- n/ e5 m: @; J* P) X- p, d1 i; O- 在贮存，设备安装或运行期 间遭遇被污染的大气；
" m; N! Y# Y( j  z% _4 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
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。

( y- @0 c4 o2 |5 w& p1 q, y, h$ n4. 热膨胀失配
) K% }6 l$ D, l1 `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。

5. PCB 上的组件互联故障
: G- K. j8 e7 M) e( }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。
PCB 失效分析步骤
+ @) B; N5 T1 C6 V5 G$ H. g: Z1.目检
* v0 ^6 o& ^( q9 y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。
9 R) @, O$ t# t5 l- }: t2. X 射线
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。
$ E5 r5 N4 H8 R3. 电测量
6 N% w  B; F1 ^4 ?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
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。
9 k0 |2 z, w6 P# P" d& ?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。
除去共形层的方法：

8 R, }  o, ^+ w: H+ m1 p4 |8 o/ I1. 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。

5 ~  ~7 `7 ~; t1 U/ V6 H3. 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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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。
; |8 t! }9 t3 W6 c" m3 X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。
. e$ W) o1 ]3 Y0 L9 F7 I+ M" O- 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。
- {2 e3 X+ V/ A! K3 z- V- 在显微镜下仔细检查以确认漏电或污染物的实际来源。
- 要用低电压技术进行测量以免损坏器件。
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基片表面上的污染物可以应用SEM 来鉴别