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常見PCB可靠性問題和典型案例

深圳市賽姆烯金科技有限公司 ? 來源:深圳市賽姆烯金科技有限 ? 2023-08-31 15:46 ? 次閱讀

自20世紀50年代初,印制電路板(PCB)一直是電子封裝的基本構造模塊,作為各種電子元器件的載體和電路信號傳輸的樞紐,其質量和可靠性決定了整個電子封裝的質量和可靠性。而隨著電子產品的小型化、輕量化和多功能化要求,以及無鉛、無鹵進程的推動,對PCB可靠性的要求會越來越高,因此如何快速定位PCB可靠性問題并作相應的可靠性提升成為PCB企業的重要課題之一。

常見PCB可靠性問題和典型圖例

可焊性不良(不潤濕)

虛焊

(枕頭效應)

邦定不良

分層爆板

開路(通孔)

開路

(激光盲孔)

開路(線路)

開路(ICD)

短路(CAF)

短路(ECM)

燒板

而在實際可靠性問題失效分析中,同一種失效模式,其失效機理可能是復雜多樣的,因此就如同查案一樣,需要正確的分析思路、縝密的邏輯思維和多樣化的分析手段,方能找到真正的失效原因。在此過程中,任何一個環節稍有疏忽,都有可能造成“冤假錯案”。

可靠性問題的一般分析思路背景信息收集

背景信息是可靠性問題失效分析的基礎,直接影響后續所有失效分析的走向,并對最終的機理判定產生決定性影響。因此,失效分析之前,應盡可能地收集到失效背后的信息,通常包括但不僅限于:

(1)失效范圍:失效批次信息和對應的失效率

①若是大批量生產中的單批次出問題,或者失效率較低時,那么工藝控制異常的可能性更大;

②若是首批/多批次均有問題,或者失效率較高時,則不可排除材料和設計因素的影響;

⑵失效前處理:失效發生前,PCB或PCBA是否經過了一系列前處理流程。常見的前處理包括回流前烘烤、有/無鉛回流焊接、有/無鉛波峰焊接和手工焊接等,必要時需詳細了解各前處理流程所用的物料(錫膏、鋼網、焊錫絲等)、設備(烙鐵功率等)和參數(回流曲線、波峰焊參數、手焊溫度等)信息;

(3)失效情境:PCB或PCBA失效時的具體信息,有的是在前處理比如說焊接組裝過程中就已失效,比如可焊性不良、分層等;有的則是在后續的老化、測試甚至使用過程中失效,比如CAF、ECM、燒板等;需詳細了解失效過程和相關參數;

失效PCB/PCBA分析

一般來說失效品的數量是有限的,甚至僅有一塊,因此對于失效品的分析一定要遵循由外到內,由非破壞到破壞的逐層分析原則,切忌過早破壞失效現場:

(1)外觀觀察

外觀觀察是失效品分析的第一步,通過失效現場的外觀形態并結合背景信息,有經驗的失效分析工程師能夠基本判斷出失效的數個可能原因,并針對性地進行后續分析。但需要注意的是,外觀觀察的方式很多,包括目視、手持式放大鏡、臺式放大鏡、立體顯微鏡和金相顯微鏡等。然而由于光源、成像原理和觀察景深的不同,對應設備觀察出的形貌需要結合設備因素綜合分析,切忌貿然判斷形成先入為主的主觀臆測,使得失效分析進入錯誤的方向,浪費寶貴的失效品和分析時間。

(2)深入無損分析

有些失效單單采用外觀觀察,不能收集到足夠的失效信息,甚至連失效點都找不到,比如分層、虛焊和內開等,這時候需借助其他無損分析手段進行進一步的信息收集,包括超聲波探傷、3D X-RAY、紅外熱成像、短路定位探測等。

在外觀觀察和無損分析階段,需注意不同失效品之間的共性或異性特征,對后續的失效判斷有一定借鑒意義。在無損分析階段收集到足夠的信息后,就可以開始針對性的破壞分析了。

(3)破壞分析

失效品的破壞分析是不可少的,且是最關鍵的一步,往往決定著失效分析的成敗。破壞分析的方法很多,常見的如掃描電鏡&元素分析、水平/垂直切片、FTIR等,本節不作贅述。在此階段,失效分析方法固然重要,但更重要的是對缺陷問題的洞察力和判斷力,并對失效模式和失效機理有正確清楚的認識,方可找到真正的失效原因。

裸板PCB分析

當失效率很高時,對于裸板PCB的分析是有必要的,可作為失效原因分析的補充。當失效品分析階段得到的失效原因是裸板PCB的某項缺陷導致了進一步的可靠性失效,那么若裸板PCB有同樣的缺陷時,經過與失效品相同的處理流程后,應體現出與失效品相同的失效模式。若沒有復現出相同的失效模式,那只能說明失效品的原因分析是錯誤的,至少是不全面的。

復現試驗

當失效率很低且無法從裸板PCB分析中得到幫助時,有必要對PCB缺陷進行復現并進一步復現失效品的失效模式,使得失效分析形成閉環。

在面臨著PCB可靠性失效日益增多的今天,失效分析對于設計優化、工藝改善、材料選型提供了重要的第一手信息,是可靠性增長的起點。闊智實驗室自成立以來,一直致力于可靠性失效分析領域的研究。

審核編輯:湯梓紅

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原文標題:【案列分析】詳細分析PCB可靠性問題及案例

文章出處:【微信號:深圳市賽姆烯金科技有限公司,微信公眾號:深圳市賽姆烯金科技有限公司】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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