PCBA故障特征_PCB失效分析步骤

showmaker

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。
6 Y" z0 O# M" D% }; ]
PCBA故障特征
* g4 Q0 X5 W( @( ~7 J  {
$ D9 w: ^9 M: D$ K7 w% n) w9 u1.机械损伤
8 D" T$ i- D  n( ~
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。

2.热损伤
& L0 E& L5 @, F- g( P: 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）；
5 R; L' r- ^5 T) D
9 |% n' N2 F1 m1 B# ^设备外部热源导致的损伤；
4 K. P% w; J$ E5 ?- |6 T9 y
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）
& M" J% ?$ G  t
3.污染

助焊剂没有清洗干净；
+ I9 y5 M3 I( F2 g9 X( j. }
/ A. a# O+ F2 h( q& C处理时留下指纹，尘土或清洗液；

! [4 n) k3 K* e& B0 g/ i来自装配时的金属碎片或焊料搭桥；

在贮存，设备安装或运行期间遭遇被污染的大气；
# K9 g7 U1 E  d) g+ Z9 c$ }. G
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。
6 ]6 m: a+ J8 a4 P( I* x2 e
0 U! Y# R  A/ z  j7 x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。
3 u4 _0 {9 j; e, s% F* n) J
5 Z- g! L% \$ Q' P4.热膨胀失配
( n1 [" l/ U: P7 p' V! ^+ N2 u) h4 Y. k
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。
) u6 V8 `$ T: `+ x) S
5.PCB上的组件互联故障

3 K% Z& j" I+ Y/ b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
% r) a! m  u# x$ a: R' |2 {
1.目检
( O0 T; U5 V. Q6 W- l
+ A! ?5 x  K9 v# h' `% @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。

2.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。
3 r# B% i1 _' b7 w( ~
3.电测量

% X* c4 t. q2 e2 f/ W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。

. J  t" y) G* K- U* F4.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。
' r9 P# {$ S* {7 v9 t' j' \( j
$ B4 s1 ^6 K7 e1 \! h3 ?8 `5.SEM和EDX

% h) v- A4 V) j/ h) I$ S; I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。
6 X" k" F9 h9 w7 ^5 z8 w# Y7 S
除去共形层的方法：
- D+ ]9 x6 M5 W' V  ~' u) Z( ^& 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。
6 B2 P' D3 Q/ R. ~; V
3 z: E/ k  t/ h  \$ ?3 {/ n( d8 x3 W2.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 N2 ]( g) k: B
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。
0 p' f, I, w! a; |  A( h
9 H4 n# M7 g; |3 t; l4.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。

5 c9 T$ y! f" J! r+ i' s9 o绝缘电阻测试：
, x( ]6 n1 L  J* J
% y  Y9 J' N3 N0 l6 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：

9 [+ u+ q. D  l6 T进行测量前，PCB应当暴露到它所经受的湿度水平上。
, d* {: N* y& J
' M% N$ w9 d2 t+ E% J5 e) ~3 @' M8 f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。

$ w9 h3 ~3 D/ U# g: y5 n要用低电压技术进行测量以免损坏器件。
7 P" W+ \7 K& B  o1 ]

* Q' l% U7 G- M* C, J! A7 D/ [

faker12

由于受到弯曲，扭曲等应力作用，可能会使元件损坏