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PCBA故障特征_PCB失效分析步骤

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发表于 2021-9-27 13:40 | 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。) R( o" n" y# P
0 c% s$ E9 S& J5 m8 z8 ~, A
PCBA故障特征6 d( b7 k4 w' H% r0 c
% U/ _% O0 i; j/ |
1.机械损伤! K1 F" L' A4 O: u* J
& p% T  T6 q) A' o: ^4 y! E
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。
$ B0 }& |, v% R: Q# c& C' d! {; F1 V7 @) T* `+ Y% y+ L
2.热损伤! z! n0 J/ A0 _" [

; E9 w" _) a$ G0 x5 |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);
+ n. I  W8 B1 y2 Y4 p
/ T* l5 d" Y; E& o9 S2 Y& B2 F设备外部热源导致的损伤;# Z  p2 F0 A3 o6 {$ `, [
, R, l! |0 P1 d; A, n9 m' H
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)
* t: V9 j7 E) M& f% |6 n
4 b! ^3 o. I6 N. U/ E3 b$ ?6 p3.污染
9 U- B8 V1 G8 N, Z, f2 j: e' Y5 ^/ ~, I0 m7 ]' K: E2 L) Z5 Z5 I
助焊剂没有清洗干净;# y" C; W( ?' o7 G" ~8 C
, S+ z+ `; V1 v
处理时留下指纹,尘土或清洗液;" [( V( A% W. v1 D

# b2 e! \1 [& y9 }来自装配时的金属碎片或焊料搭桥;3 J  H# y9 C/ ]% d

+ h$ X* m( K2 I在贮存,设备安装或运行期间遭遇被污染的大气;
- p5 q+ t) l& p4 [7 S
" a. S% |* d: V7 c4 V/ g5 L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。
1 @: |2 Y, ]7 S/ E5 i$ Z' [$ E9 ^4 i1 e* Y: r! h
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。* M% G4 r' ^* d
- M: Y4 D& \/ y
4.热膨胀失配/ w0 w) w7 O5 |6 ?
, O& S! _4 ~6 A2 t* e
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 P# u0 V2 z0 `( h, q! T
, Q; _$ v# p; I! N5.PCB上的组件互联故障
. [6 M) C+ q* h; R% E% L1 u' r: o8 Z7 C2 F! d  M' ?; Z& \
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。
: o0 ?: |4 k6 `$ D2 ]3 @& d. m  Q. W! t9 x6 v
PCB失效分析步骤+ F; I7 Z3 E8 _# u9 {
, q3 e- ]# n6 N* L( y% a
1.目检$ K/ m9 f' w+ P( D* g' }

- `8 _% U) p, g5 l2 w" o. v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。
  A% k; L9 j1 |# Q. Q
: J3 m7 _7 y5 m3 o* V+ V2.X射线
: X) t$ v  @& |# l! H6 F$ i& U; a$ p. J  g) b
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。+ J2 w  P3 p* o! k/ }/ R

* m% F" m" x; y; }1 f# w3.电测量
# }6 R8 b) r4 y
3 U# |: q1 y: C7 \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; K" t/ d1 e0 M6 P# n

( L+ G# M% D* j6 @4.断面分析
  H. ~) M* y+ \( t, M4 v
3 e2 ~8 V; x+ ?! o$ ~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。
6 d6 `% n7 I9 [" O- N* o
4 P6 }% a0 M2 I1 E% z7 O# O5.SEM和EDX4 D6 H9 k& i! U7 P) M

6 U( @" e" r- j/ N* D  p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。$ a5 m* X& Q# Y1 l0 w
1 y3 m7 g* T" s, b8 a+ U
除去共形层的方法:
# s) ?1 p/ I, X
7 |) f1 t: q4 v5 ]3 T% x1.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。. j" R7 ?* A& _

0 g6 n# J6 f7 p7 u2.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。# e9 K2 V* }1 i$ p* M% u

8 h5 G& q( E( G' g2 e2 W! `& B3.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。
. I. k8 H! j* y% W. G# O. g/ S. G& B: V/ X
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。
$ n- R, k# ^7 z& ?$ A1 t
" @" ^/ T( y0 u# I9 Q! ]绝缘电阻测试:
4 S; v/ W: f' s, A8 d/ ~" X* e3 |" |; P# i, O0 K' T/ Z2 l/ r0 L: a! C
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:
" V, o6 E5 r) l, r
8 |" s: `9 z% ^7 Z进行测量前,PCB应当暴露到它所经受的湿度水平上。1 G( T, U" p) g# ]* Q) p- e

' W9 N& A* F! k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。, G/ `! F7 ^) M& ~
+ L# z0 w- C; T3 M; X
在显微镜下仔细检查以确认漏电或污染物的实际来源。
/ A0 a3 \! T2 ?/ v4 y. I6 ?  w: b2 c- D: W3 y9 `! C7 C
要用低电压技术进行测量以免损坏器件。
* |: T% w4 z. B. H# }) d5 @9 S4 U% Q) s

" ]8 _& x! n! f) b' w

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