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PCB失效分析测试经验 以前只有军工产品会提出可靠性要求，现在很多民品企业产品也会提出各种各样的可靠性要求。不同类型的客户，不同的产品应用领域对于PCB的可靠性要求也完全不一样。比如，有的客户对于PCB的可靠性要求是260摄氏度十个小时烘烤后，仍然能够满足PCB电性能要求；有的客户要求IST循环250次甚至1000次之后，产品电阻变化率小于10%；有的客户要求PCBA产品在25g加速度情况下满足30分钟的共振要求等等。 二．PCB失效案例 众所周知，产品的失效会造成较严重的经济损失和品质影响，然而PCB失效的模式多种多样，失效根因也各不相同，例如PTH孔铜的腐蚀失效、HDI盲孔底部裂纹导致的开路失效、分层爆板失效、ENIG产品孔环裂纹和PCB板短路起火等。加工流程繁冗复杂，可能造成其失效的原因较多。因此，如何快速地定位出PCB的失效根因，并对产品的各项性能进行优化提升，已成为PCB行业的重要课题之一。以下列举近年分析测试实验中心在大数据计算、航海及医疗领域相关的失效分析案例： ① PCB烧板失效 2015年某大型数据中心反馈，每月会有1台或2台设备发生起火烧板的现象，急需快速找到起火原因： 对失效现场进行观察，烧板起火点位置集中在硬盘连接器的安装孔区域，安装孔区域的孔壁铜层和定位锡柱完全被烧毁。分析发现NPTH孔孔壁金属化，在加电工作过程中，发生CAF失效，最终导致短路起火。 CAF生长原理：当PCBA在一定的温湿度条件下，带电工作时，在两绝缘导体间有可能会产生沿着树脂和玻纤的界面生长的CAF，最终导致绝缘不良，甚至短路失效。CAF产生原理如下： 产生CAF的三个先决条件：①一定的温、湿度条件；②两绝缘导通间存在的电势差；③有供铜离子迁移的通道。 实验复现：对实验板绝缘电阻失效模块进行稳压12V的加电测试，试板在接通电源的瞬间即短路起火，持续通电，试样会持续起火碳化（该试验有视频记录）； 改善方案：①加大内、外层孔环到导体间距设计至300μm；②更换高Tg基材，保证其具备良好的耐热性和耐CAF性能。 ② 化学沉镍金板孔环裂纹失效 2017年某跨国SMT贴装客户反馈，其在业内采购的所有ENIG板的PTH孔在回流焊接之后，测试孔孔环出现腐蚀发黑现象，探针测试无法通过，全面停线，需要进行失效分析。 除了影响探针的接触性能外，PTH孔的裂纹缺陷还会导致铜层被腐蚀，降低PCB的耐腐蚀性能，也会给产品的可焊性带来较大的失效风险。 裂纹产生的机理：由于热胀冷缩原理，PCB板在回流焊和波峰焊时受高温膨胀，由于PCB板材的选择与表面处理工艺不匹配，板材便会给孔环一个向上的应力，将孔环向上顶起，造成孔环发生向两边翘起的形变，导致孔环出现裂纹。 改善方案：①更换CTE更小的板材；②更换表面处理工艺。 ③ PTH孔电化学腐蚀失效 2017年，某型号的8层PCB板，客户反馈该整机产品在海面及沿海地区使用3年后，出现视频信号不通的现象，在信号异常网络的PTH孔孔口位置有黑色异物残留 ，需查找根因，定位失效点。 对异物覆盖的PTH孔进行分析发现，塞孔的孔口位置处，阻焊与孔铜之间有明显裂缝，且裂缝位置处的孔铜已被腐蚀，部分孔铜缺失。 同时，对比PCB上无异物覆盖的正常PTH孔，发现正常孔内阻焊与孔壁结合良好，无裂缝，孔铜未被腐蚀，信号导通良好。 根据研究表明，在沿海高盐、高湿的环境中，物体表面会形成薄薄的一层水膜，且当相对湿度在65%-80%的空气中，物体上的水膜厚度为0.001~0.1μm，在PCB带电工作时，水膜与孔铜等共同构成了电解槽，发生电化学反应，最终生成黑色腐蚀物，如下图: 结论：当阻焊塞孔不饱满或阻焊塞孔有裂纹时，未被阻焊完好覆盖的PTH孔孔铜会形成电解池，发生电化学反应，孔铜被腐蚀，对PCB可靠性将带来严重的风险。 改善方案：提升塞孔的饱满度，提高塞孔的质量。 当然，失效类型和模式多种多样，以下是实验室累积的其它典型PCB板级失效分析案例图片 由以上案例，我们不难发现PCB板级失效的模式越来越多，失效根因也各不相同。因此，需要将一般的失效分析思路及方法进行总结提炼，形成一套能够推广应用的方法论，在实际案例的分析中，事半功倍，快速定位根因。 芯片开封实验室介绍，能够依据国际、国内和行业标准实施检测工作，开展从底层芯片到实际产品，从物理到逻辑全面的检测工作，提供芯片预处理、侧信道攻击、光攻击、侵入式攻击、环境、电压毛刺攻击、电磁注入、放射线注入、物理安全、逻辑安全、功能、兼容性和多点激光注入等安全检测服务，同时可开展模拟重现智能产品失效的现象，找出失效原因的失效分析检测服务，主要包括点针工作站（Probe Station）、反应离子刻蚀（RIE）、微漏电侦测系统（EMMI）、X-Ray检测，缺陷切割观察系统（FIB系统）等检测试验。实现对智能产品质量的评估及分析，为智能装备产品的芯片、嵌入式软件以及应用提供质量保证。 分享到：
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