- 案例分析
- 联系我们
-
地址: 深圳市龙岗区吉华街道科伦特大厦附属楼101
业务部联系人:尹小姐
手机:13631643024 13418568450
电话:0755-27403650
-
PCBA常用失效分析与检测方法简介
发布时间:2019-10-31 | 信息来源:深圳市启威测标准技术服务有限公司随着电子产品的微型化发展,线路板的设计尺寸也越来越小,由于电迁移引发的短路失效案件也就屡见不鲜了。针对某款PCB层与层间发生的短路不良进行了深入的分析,详细地介绍了分析的过程和手段,通过外观检查、电性测试、热点定位分析、离子切割、SEM+EDS等分析手段,发现了PCB的第四层和第三层之间短路是由于阳极性玻璃纤纱漏电导致的。最后,提出了有效的改善对策,对于降低此类失效现象发现的风险,提高PCB的可靠性具有重要的意义。
自PCB发明以来,电迁移问题便成为了这个行业的一部分,影响着电子产品的长期可靠性。只要在同时满足水汽、电解质、偏压、通道和电极的条件下,电子产品就不可忽略阳极性玻璃纤纱漏电(CAF:Conductive Anodic Filament)的影响。在PCB板中,CAF的发生模式一共包括孔-孔、孔-线、线-线和层-层4种,本文主要是选取了PCB层间短路的案例进行分析。
案例分析
某电子产品在出货一段时间后出现PCBA功能异常现象,初步分析判断为PCB的P+和ID第三层与第四层网络短路,失效率约为1%。不良产品的外观图如图1所示。
分析过程
1、电路原理及Layout分析
PCBA电路原理图如图2所示,从图2中可以看出,正常状况下P+和ID之间应该呈现开路,而失效产品表现出来的现象却是P+和ID之间存在短路。
PCB为4层板,其Layout图及各层的尺寸参数如图3-4所示。
2、外观检查
对不良样品的第四层(最外层)的P+和ID区域进行外观检查,均未发现明显的异常,如图5所示。
3、电性测试
用万用表测量不良样品的P+和ID之间的电阻,结果如表1所示。从测试结果可以看出,P+和ID间的阻值很小(OK样品P+和ID间的阻值应为无穷大),存在短路异常。
4、漏电定位分析
利用热点侦测微光显微镜,对不良PCBA样品进行热点侦测,B+/B-接电源,P+/P-接入负载,同时用电路表侦测输出电流。利用高灵敏度Detector侦测导体线路在通电状态下,不同位置所产生之热辐射分布,藉以定位出失效所在位置。漏电定位结果显示,3PCS不良样品的第四层(最外层)ID金手指边缘均存在漏电点。如图6所示。5、离子切割&SEM/EDS分析
利用离子抛光机(CP)对NG7#不良样品的热点漏电位置进行切割,并在扫描电子显微镜下进行高倍形貌观察和成分分析。结果如图7-8所示。从图7可以看出,NG-7#不良品第四层铜层(ID)边界处发现有向3~4介质层延伸的细丝,但在此切割方向下,并未发现细丝与第三层铜层搭接在一起。
经成分分析可知,向3~4介质层延伸的细丝含有Cu元素。而3~4层的填料主要为C、O、Si、Al等元素,由此可以判断,填料应为氧化铝和二氧化硅颗粒。同样,利用离子抛光机(CP)对NG8#不良样品的热点漏电位置进行切割,并在扫描电子显微镜下进行高倍形貌观察和成分分析。得到的结果如图9-10所示。从图9中可以看出,NG-8#不良品第四层铜层(ID)边界处存在裂纹,且贯穿3~4介质层,与第三层铜层连通。同时发现在第三层搭接位置存在一孔洞。从图10中,可确认从第四层铜层(ID)边界起始并贯穿3~4介质层,与第三层铜层连通的裂纹中含有Cu元素,并沿着PCB的3~4介质层的玻纤/树脂界面生长,形成带有明显金属光泽的铜细丝,为典型的PCB基材内的阳极导电细丝,即为CAF现象。此外,裂纹在与第三层铜层连接的位置存在一个空洞,这是由于第三层铜层和第四层铜层存在偏压,在电化学反应过程中第三层铜层作为阳极发生了氧化反应,铜层不断溶解成铜离子,并在电压场的吸引下往阴极方向移动析出造成的。
二、机理及结果分析
综合上述的试验结果,可知此PCBA功能异常是由于PCB基材内第四层铜层和第三层铜层发生短路导致。短路是由于PCB基材内部发生了CAF短路现象。CAF是指在偏压(直流电压或脉冲电压)的作用下,PCB基材中的铜和所吸附的水分等发生了电化学反应,生成的铜离子在毛细作用下,沿着基板内部的界面或通道迁移,以致发生短路或电器性能下降。CAF的形成首先是玻纤/树脂的物理破坏,然后吸潮导致了玻纤/树脂分离界面存在水汽,从而为电化学反应提供了通道,在电场的作用下铜离子从阳极向阴极方向移动,并在阴极沉积,最终形成从阴极往阳极生长的导电丝。
三、结束语
CAF的形成对电子产品的长期可靠性的影响是不容忽视的,其会直接导致电子产品的功能失效或功能不稳定。为了降低此案件中layer-layer的CAF短路发生风险,建议采取以下改善对策:
1)尽量地选择吸湿性低的PCB材料(树脂),并保持使用环境的干燥;
2)尽量地选择玻纤布与树脂充分浸渍且结合良好的PCB材料(半固化片PP),减少玻纤/树脂的界面缝隙,从而减少反应的有效通道;
3)进一步优化PCB设计,尽量降低偏压及增大有效间距;
4)优化PCB生产中的各种热制程工艺。
简介 启威测是一家专注于电子产品及材料研发阶段可靠性检测、验证及失效分析服务的第三方检测机构。网址:www.qwctest.com,联系电话:0755-27403650.
上一篇:PCB/PCBA分层失效案例下一篇:涂层/镀层失效分析相关资讯