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。

% N) V5 W, X  g  P/ F- b5 `PCBA故障特征
1 P8 H) V7 h) @4 B
1 E5 ]; G0 e- y  _1.机械损伤

7 Y  R* k5 S1 H" a' }& b3 s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。
* `  U1 j' N6 c6 ~7 W
2.热损伤

4 }3 h0 z5 Y# z& K' F* Y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）；
  m# P1 K, O& B% Y3 |4 s, M
+ r7 e$ A. {& e" ^9 O. T( U- P& y设备外部热源导致的损伤；

6 \: F! x8 r9 q: f& o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）

3.污染

% J" d, I2 l& n  o. J9 ?# o助焊剂没有清洗干净；

) s+ L: o, c  K: Q# u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；

在贮存，设备安装或运行期间遭遇被污染的大气；

/ T& v9 Z( L& 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。
, o+ V! n# @9 o
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。

4.热膨胀失配

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

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

1.目检

# Z) W  F8 u3 W0 X2 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。
/ X2 N+ Y0 V  D! S
9 x4 r6 X: \" F) q# _- f5 s! @2.X射线
+ X# c$ N' p5 E5 `
0 ^& i( z! R$ S) f- {: x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。
4 I( ^( D) U3 H2 T, n4 H
3.电测量

$ P" D, _, x2 Q) Q% ~5 a9 h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。
! |: z$ T: E; Z, _6 ]/ h1 ?
0 w& i* M8 r  ]$ u3 T4.断面分析
2 I; `% `0 K4 h# g3 @8 P5 K0 z
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。
. O) [# W- N- N. B; g
. ~# t6 _+ p0 k: J  w- ]6 ^( k5.SEM和EDX
0 [0 J: [" ]* S2 P3 ~% M/ b
1 k: i8 F! H: `( F( X  |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。
- y/ E6 W5 a# ]* \
# P3 X. e+ u# u# C8 }: A: D除去共形层的方法：

4 Y: X' n% _1 R' }% X) v% g4 K/ @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。

3 ^8 ?8 h; q) J2 w$ r2.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。
4 P) `: H' k7 `, X
0 w2 B+ Q; j  f3.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。

" n. S2 X& E. C8 ^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。

绝缘电阻测试：

7 x% D+ }2 Z  A$ O/ r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：
" g$ z0 s. ?- y
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。
; C+ C5 ~' [0 s
在显微镜下仔细检查以确认漏电或污染物的实际来源。
; _9 y# y/ X) A+ S
! |: ?7 v) w# I8 r6 V! j7 `要用低电压技术进行测量以免损坏器件。
  B  y( M& d8 c, R# B. X
0 y! t! g2 r* d- ]3 s& f& ?
1 p1 f7 b! N) h) {3 g8 [* @6 i

faker12

由于受到弯曲，扭曲等应力作用，可能会使元件损坏