詳細(xì)分析PCB可靠性問(wèn)題及案例

自20世紀(jì)50年代初，印制電路板（PCB）一直是電子封裝的基本構(gòu)造模塊，作為各種電子元器件的載體和電路信號(hào)傳輸?shù)臉屑~，其質(zhì)量和可靠性決定了整個(gè)電子封裝的質(zhì)量和可靠性。而隨著電子產(chǎn)品的小型化、輕量化和多功能化要求，以及無(wú)鉛、無(wú)鹵進(jìn)程的推動(dòng)，對(duì)PCB可靠性的要求會(huì)越來(lái)越高，因此如何快速定位PCB可靠性問(wèn)題并作相應(yīng)的可靠性提升成為PCB企業(yè)的重要課題之一。

常見(jiàn)PCB可靠性問(wèn)題和典型圖例

可焊性不良

（不潤(rùn)濕）

可焊性不良（不潤(rùn)濕）

虛焊

（枕頭效應(yīng)）

邦定不良

分層爆板

開(kāi)路（通孔）

開(kāi)路

（激光盲孔）

開(kāi)路（線路）

開(kāi)路（ICD）

短路（CAF）

短路（ECM）

燒板

而在實(shí)際可靠性問(wèn)題失效分析中，同一種失效模式，其失效機(jī)理可能是復(fù)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(guò)程中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)稍有疏忽，都有可能造成“冤假錯(cuò)案”。

可靠性問(wèn)題的一般分析思路背景信息收集

背景信息是可靠性問(wèn)題失效分析的基礎(chǔ)，直接影響后續(xù)所有失效分析的走向，并對(duì)最終的機(jī)理判定產(chǎn)生決定性影響。因此，失效分析之前，應(yīng)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(duì)應(yīng)的失效率

①若是大批量生產(chǎn)中的單批次出問(wèn)題，或者失效率較低時(shí)，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(wèn)題，或者失效率較高時(shí)，則不可排除材料和設(shè)計(jì)因素的影響；

⑵失效前處理：失效發(fā)生前，PCB或PCBA是否經(jīng)過(guò)了一系列前處理流程。常見(jiàn)的前處理包括回流前烘烤、有/無(wú)鉛回流焊接、有/無(wú)鉛波峰焊接和手工焊接等，必要時(shí)需詳細(xì)了解各前處理流程所用的物料（錫膏、鋼網(wǎng)、焊錫絲等）、設(shè)備（烙鐵功率等）和參數(shù)（回流曲線、波峰焊參數(shù)、手焊溫度等）信息；

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

失效PCB/PCBA分析

一般來(lái)說(shuō)失效品的數(shù)量是有限的，甚至僅有一塊，因此對(duì)于失效品的分析一定要遵循由外到內(nèi)，由非破壞到破壞的逐層分析原則，切忌過(guò)早破壞失效現(xiàn)場(chǎng)：

（1）外觀觀察

外觀觀察是失效品分析的第一步，通過(guò)失效現(xiàn)場(chǎng)的外觀形態(tài)并結(jié)合背景信息，有經(jīng)驗(yàn)的失效分析工程師能夠基本判斷出失效的數(shù)個(gè)可能原因，并針對(duì)性地進(jìn)行后續(xù)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(tái)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(duì)應(yīng)設(shè)備觀察出的形貌需要結(jié)合設(shè)備因素綜合分析，切忌貿(mào)然判斷形成先入為主的主觀臆測(cè)，使得失效分析進(jìn)入錯(cuò)誤的方向，浪費(fèi)寶貴的失效品和分析時(shí)間。

（2）深入無(wú)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(diǎn)都找不到，比如分層、虛焊和內(nèi)開(kāi)等，這時(shí)候需借助其他無(wú)損分析手段進(jìn)行進(jìn)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(cè)等。

在外觀觀察和無(wú)損分析階段，需注意不同失效品之間的共性或異性特征，對(duì)后續(xù)的失效判斷有一定借鑒意義。在無(wú)損分析階段收集到足夠的信息后，就可以開(kāi)始針對(duì)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(guān)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(jiàn)的如掃描電鏡&元素分析、水平/垂直切片、FTIR等，本節(jié)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(duì)缺陷問(wèn)題的洞察力和判斷力，并對(duì)失效模式和失效機(jī)理有正確清楚的認(rèn)識(shí)，方可找到真正的失效原因。

裸板PCB分析

當(dāng)失效率很高時(shí)，對(duì)于裸板PCB的分析是有必要的，可作為失效原因分析的補(bǔ)充。當(dāng)失效品分析階段得到的失效原因是裸板PCB的某項(xiàng)缺陷導(dǎo)致了進(jìn)一步的可靠性失效，那么若裸板PCB有同樣的缺陷時(shí)，經(jīng)過(guò)與失效品相同的處理流程后，應(yīng)體現(xiàn)出與失效品相同的失效模式。若沒(méi)有復(fù)現(xiàn)出相同的失效模式，那只能說(shuō)明失效品的原因分析是錯(cuò)誤的，至少是不全面的。

復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)

當(dāng)失效率很低且無(wú)法從裸板PCB分析中得到幫助時(shí)，有必要對(duì)PCB缺陷進(jìn)行復(fù)現(xiàn)并進(jìn)一步復(fù)現(xiàn)失效品的失效模式，使得失效分析形成閉環(huán)。

在面臨著PCB可靠性失效日益增多的今天，失效分析對(duì)于設(shè)計(jì)優(yōu)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(zhǎng)的起點(diǎn)。興森科技中央實(shí)驗(yàn)室自成立以來(lái)，一直致力于可靠性失效分析領(lǐng)域的研究。從本期開(kāi)始，將逐步介紹我們?cè)诳煽啃允Х治龇矫娴男牡皿w會(huì)及典型案例。