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PCB及PCBA失效分析的流程与方法

2025-01-20

文章来源:金鉴可靠性实验室

PCB失效分析:步骤与技术

作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分,其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性,由于PCB高密度的发展趋势以及无铅与无卤的环保要求,越来越多的PCB出现了润湿不良、爆板、分层、CAF(Conductive Anodic Filamentation,导电性阳极丝,指的是PCB内部铜离子从阳极(高电压)沿着玻纤丝间的微裂通道,向阴极(低电压)迁移过程中发生的铜与铜盐的漏电行为) 等等各种失效问题。金鉴实验室提供专业的PCB失效分析服务,致力于改善产品品质,服务电力电子产业链中各个环节,使产业健康发展。我们拥有专业的解决方案专家顾问、质量工程师团队及高精度PCB产品检测设备,具有精湛的技术与经验。经过长时间的严格执行,现已得到行业内各厂家一致认可。

失效分析的基本程序

1.失效定位失效分析的首要任务是基于失效现象,通过一系列基础检测手段确定失效部位与失效模式。这包括对PCB进行全面的信息收集,如生产批次、使用环境、历史故障记录等;进行功能测试,以验证电路的基本功能是否正常;开展电性能测试,检测电路的电气参数是否符合设计要求;同时,进行简单的外观检查,观察PCB表面是否存在明显的损伤、污染、腐蚀等异常情况。

  

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对于结构简单的PCB或PCBA(装有电子元器件的印刷电路板),失效部位相对容易锁定。但对于采用复杂封装形式如BGA(球栅阵列封装)或MCM(多芯片模块封装)的器件或基板,由于其内部结构精密,缺陷难以直接通过显微镜观察,这就需要借助更先进的检测设备和技术手段来辅助确定失效部位。2.失效机理分析在明确失效部位后,需深入探究导致PCB失效或缺陷产生的机理。金鉴实验室利用多种物理、化学分析方法,对失效区域进行细致剖析,确保能够全面了解失效机理。常见的失效机理包括虚焊、污染、机械损伤、潮湿应力、介质腐蚀、疲劳损伤、CAF(导电阳极丝)或离子迁移、应力过载。通过深入分析失效机理,能够为后续的失效原因追溯提供关键线索。3.失效原因分析基于失效机理与制程过程的关联分析,是寻找失效根源的关键步骤。这要求分析人员充分了解PCB的生产工艺流程,包括原材料采购与检验、基板制造、钻孔与镀孔、图形转移、蚀刻、表面处理、组装焊接等各个环节。结合失效机理,逐一排查各制程环节中可能导致失效发生的因素。在必要时,还需开展针对性的试验验证,模拟实际生产或使用条件,重现失效现象,以精准锁定诱导失效的具体原因。4.编制失效分析报告失效分析的最终成果是编制一份详实、准确的失效分析报告。报告应清晰呈现分析过程中的各项试验数据、观察到的事实以及得出的结论。报告内容需逻辑严密、条理清晰,避免主观臆断和凭空想象。在整个分析过程中,金鉴实验室遵循从简单到复杂、从外到里、从非破坏性到破坏性的基本原则,确保分析结果的准确性和可靠性,为客户提供最优质的服务。

失效分析技术手段

1.光学显微镜光学显微镜是失效分析中最为基础且常用的检测工具之一,主要用于对PCB进行外观检查。通过光学显微镜,可以清晰地观察到PCB表面的污染状况,如是否有残留的助焊剂、灰尘、油污等;检查腐蚀情况,判断是否存在化学腐蚀导致的铜线断裂、焊盘损坏等问题;确定爆板的位置,观察爆板区域的裂纹形态和扩展方向;分析电路布线的合理性,查看是否存在线宽不足、线间距过小等设计缺陷;同时,还能探究失效的规律性,如是批次性问题还是个别现象,是否总是集中在某个特定区域等。这些外观检查信息为初步判断PCB的失效模式提供了直观依据,为进一步的深入分析指明方向。

   

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2.X射线(X - ray)对于一些无法通过外观检查直接观察到的PCB内部结构或缺陷,如通孔内部的焊锡填充情况、高密度封装的BGA或CSP器件的焊点连接状态等,X射线透视系统成为不可或缺的检测手段。金鉴实验室具备专业的X - ray设备,能够有效检测焊点内部缺陷。X光透视系统利用不同材料厚度或密度对X光的吸收或透过率差异来成像。在PCBA焊点内部缺陷检测方面,能够清晰地显示出焊点内部是否存在空洞、锡球、锡渣等缺陷。通过X射线检测,可以有效弥补光学显微镜在内部结构检测方面的不足,拓展失效分析的深度和广度。3.切片分析切片分析是一种破坏性的检测方法,通过对PCB样品进行取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀等一系列精细操作,获得PCB的横截面结构。借助显微镜观察切片后的横截面,可以获得丰富的微观结构信息,如通孔的孔壁粗糙度、镀层厚度均匀性、基板内部的玻璃纤维分布、树脂填充情况等。这些微观结构信息对于评估PCB的质量具有重要意义,能够为质量改进提供有力的数据支持。4.扫描声学显微镜扫描声学显微镜(C模式超声扫描声学显微镜)是基于高频超声波在材料不连续界面上反射产生的振幅、位相与极性变化来成像的检测设备。它能够沿着Z轴扫描X - Y平面的信息,从而实现对元器件、材料以及PCB与PCBA内部各种缺陷的无损检测。该技术在检测裂纹、分层、夹杂物、空洞等缺陷方面具有独特优势。金鉴实验室利用这一技术能够快速、准确地检测出潜在缺陷,为电子封装领域提供强有力的支持。

  

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5.显微红外分析显微红外分析是将红外光谱技术与显微镜相结合的一种分析方法。它利用不同材料(尤其是有机物)对红外光谱的不同吸收特性,来分析材料的化合物成分。借助显微镜的辅助,可实现可见光与红外光的同光路观察,使得在可见视场下能够精准地寻找并分析微量的有机污染物。在电子工艺中,微量的有机污染往往会对PCB焊盘或引线脚的可焊性产生严重影响,而显微红外分析能够有效解决这一难题。金鉴实验室作为一家专注于光电半导体失效分析的科研检测机构,在失效分析方面拥有丰富的经验和卓越的技术实力,能够为集成电路、PCB/PCBA、电子辅料等提供全面的性能检测、可靠性验证和失效分析服务,并根据不同产品测试需求制定合适的测试方案,提供一站式解决方案。 


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