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PCB可靠性问题及案例分析——综述1

2019-03-27 15:56
PCB失效分析
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自20世纪50年代初,印制电路板(PCB)一直是电子封装的基本构造模块,作为各种电子元器件的载体和电路信号传输的枢纽,其质量和可靠性决定了整个电子封装的质量和可靠性。而随着电子产品的小型化、轻量化和多功能化要求,以及无铅、无卤进程的推动,对PCB可靠性的要求会越来越高,因此如何快速定位PCB可靠性问题并作相应的可靠性提升成为PCB企业的重要课题之一。

常见PCB可靠性问题和典型图例

可焊性不良

(不润湿)

可焊性不良(不润湿)

虚焊

(枕头效应)

邦定不良

分层爆板

开路(通孔)

开路

(激光盲孔)

开路(线路)

开路(ICD)

短路(CAF)

短路(ECM)

烧板

而在实际可靠性问题失效分析中,同一种失效模式,其失效机理可能是复杂多样的,因此就如同查案一样,需要正确的分析思路、缜密的逻辑思维和多样化的分析手段,方能找到真正的失效原因。在此过程中,任何一个环节稍有疏忽,都有可能造成“冤假错案”。

可靠性问题的一般分析思路

景信息收集

背景信息是可靠性问题失效分析的基础,直接影响后续所有失效分析的走向,并对最终的机理判定产生决定性影响。因此,失效分析之前,应尽可能地收集到失效背后的信息,通常包括但不仅限于:

(1)失效范围:失效批次信息和对应的失效率

①若是大批量生产中的单批次出问题,或者失效率较低时,那么工艺控制异常的可能性更大;

②若是首批/多批次均有问题,或者失效率较高时,则不可排除材料和设计因素的影响;

⑵失效前处理:失效发生前,PCB或PCBA是否经过了一系列前处理流程。常见的前处理包括回流前烘烤、有/无铅回流焊接、有/无铅波峰焊接和手工焊接等,必要时需详细了解各前处理流程所用的物料(锡膏、钢网、焊锡丝等)、设备(烙铁功率等)和参数(回流曲线、波峰焊参数、手焊温度等)信息;

(3)失效情境:PCB或PCBA失效时的具体信息,有的是在前处理比如说焊接组装过程中就已失效,比如可焊性不良、分层等;有的则是在后续的老化、测试甚至使用过程中失效,比如CAF、ECM、烧板等;需详细了解失效过程和相关参数;

失效PCB/PCBA分析

一般来说失效品的数量是有限的,甚至仅有一块,因此对于失效品的分析一定要遵循由外到内,由非破坏到破坏的逐层分析原则,切忌过早破坏失效现场:

(1)外观观察

外观观察是失效品分析的第一步,通过失效现场的外观形态并结合背景信息,有经验的失效分析工程师能够基本判断出失效的数个可能原因,并针对性地进行后续分析。但需要注意的是,外观观察的方式很多,包括目视、手持式放大镜、台式放大镜、立体显微镜和金相显微镜等。然而由于光源、成像原理和观察景深的不同,对应设备观察出的形貌需要结合设备因素综合分析,切忌贸然判断形成先入为主的主观臆测,使得失效分析进入错误的方向,浪费宝贵的失效品和分析时间。

(2)深入无损分析

有些失效单单采用外观观察,不能收集到足够的失效信息,甚至连失效点都找不到,比如分层、虚焊和内开等,这时候需借助其他无损分析手段进行进一步的信息收集,包括超声波探伤、3D X-RAY、红外热成像、短路定位探测等。

在外观观察和无损分析阶段,需注意不同失效品之间的共性或异性特征,对后续的失效判断有一定借鉴意义。在无损分析阶段收集到足够的信息后,就可以开始针对性的破坏分析了。

(3)破坏分析

失效品的破坏分析是不可少的,且是最关键的一步,往往决定着失效分析的成败。破坏分析的方法很多,常见的如扫描电镜&元素分析、水平/垂直切片、FTIR等,本节不作赘述。在此阶段,失效分析方法固然重要,但更重要的是对缺陷问题的洞察力和判断力,并对失效模式和失效机理有正确清楚的认识,方可找到真正的失效原因。

裸板PCB分析

当失效率很高时,对于裸板PCB的分析是有必要的,可作为失效原因分析的补充。当失效品分析阶段得到的失效原因是裸板PCB的某项缺陷导致了进一步的可靠性失效,那么若裸板PCB有同样的缺陷时,经过与失效品相同的处理流程后,应体现出与失效品相同的失效模式。若没有复现出相同的失效模式,那只能说明失效品的原因分析是错误的,至少是不全面的。

复现试验

当失效率很低且无法从裸板PCB分析中得到帮助时,有必要对PCB缺陷进行复现并进一步复现失效品的失效模式,使得失效分析形成闭环。

在面临着PCB可靠性失效日益增多的今天,失效分析对于设计优化、工艺改善、材料选型提供了重要的第一手信息,是可靠性增长的起点。兴森科技中央实验室自成立以来,一直致力于可靠性失效分析领域的研究。从本期开始,将逐步介绍我们在可靠性失效分析方面的心得体会及典型案例。

下期将重点介绍失效分析的诸多手段,敬请期待。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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