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鄭州海懷檢測(cè)技術(shù)有限公司

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PCB/PCBA

PCB（印制電路板）和PCBA（印制電路板組件）的失效分析是電子制造與可靠性工程中的核心環(huán)節(jié)，旨在定位故障根源，改進(jìn)設(shè)計(jì)、工藝或使用條件。

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詳細(xì)介紹

　　一、PCB/PCBA失效分析的主要目標(biāo)

　　確定失效模式：如電氣短路/開路、焊點(diǎn)失效、材料分層、腐蝕等。

　　識(shí)別失效原因：設(shè)計(jì)缺陷、材料缺陷、工藝不良(焊接、組裝)、環(huán)境應(yīng)力(溫濕度、振動(dòng))等。

　　提出改進(jìn)方案：優(yōu)化設(shè)計(jì)、改進(jìn)工藝參數(shù)、增強(qiáng)環(huán)境防護(hù)或更換材料。

　　二、常見失效模式及特征

　　電氣失效

　　短路：導(dǎo)電異物(錫珠、金屬碎屑)、絕緣層擊穿(高溫/高壓)。

　　開路：焊點(diǎn)斷裂、導(dǎo)線斷裂(機(jī)械應(yīng)力或疲勞)。

　　信號(hào)完整性故障：阻抗失配、串?dāng)_(高頻PCB設(shè)計(jì)缺陷)。

　　焊點(diǎn)失效

　　虛焊/冷焊：焊料潤(rùn)濕不良，界面結(jié)合力弱(顯微鏡下呈球狀焊點(diǎn))。

　　熱疲勞斷裂：溫度循環(huán)導(dǎo)致焊點(diǎn)裂紋(常見于BGA、QFP封裝)。

　　IMC(金屬間化合物)過厚：焊料與焊盤界面脆化(如Cu?Sn?生長(zhǎng)異常)。

　　基板與材料失效

　　分層(Delamination)：高溫或吸濕導(dǎo)致基板層間分離(可通過超聲波掃描檢測(cè))。

　　CAF(導(dǎo)電陽極絲)：潮濕環(huán)境下絕緣樹脂中銅離子遷移形成短路通道。

　　玻璃纖維斷裂：機(jī)械沖擊或熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配導(dǎo)致。

　　環(huán)境相關(guān)失效

　　電化學(xué)腐蝕：濕氣與污染離子(Cl?、S2?)引發(fā)焊盤或線路腐蝕。

　　電遷移(Electromigration)：高電流密度下金屬原子遷移導(dǎo)致導(dǎo)線開路或短路。

　　元器件失效

　　ESD損傷：靜電放電導(dǎo)致半導(dǎo)體器件擊穿。

　　熱失效：過溫導(dǎo)致芯片燒毀或封裝開裂。

　　三、失效分析流程

　　初步信息收集

　　失效現(xiàn)象描述(開路/短路/功能異常)、使用環(huán)境(溫濕度、振動(dòng)、化學(xué)暴露)。

　　PCB設(shè)計(jì)文件、工藝參數(shù)(焊接溫度曲線、錫膏類型)、來料檢驗(yàn)報(bào)告。

　　非破壞性檢測(cè)(NDT)

　　目檢與放大鏡觀察：尋找明顯損傷(燒焦、變色、裂紋)。

　　X射線檢測(cè)(X-ray)：檢查焊點(diǎn)空洞、BGA焊球裂紋、內(nèi)部走線缺陷。

　　紅外熱成像：定位過熱點(diǎn)(短路或高阻區(qū)域)。

　　電性能測(cè)試：萬用表、飛針測(cè)試儀驗(yàn)證導(dǎo)通性、絕緣性。

　　破壞性分析

　　切片分析(Cross-sectioning)：通過研磨拋光觀察焊點(diǎn)IMC層、裂紋深度。

　　掃描電鏡(SEM)與EDS：分析斷口形貌、元素成分(如腐蝕產(chǎn)物)。

　　熱重分析(TGA)/差示掃描量熱(DSC)：評(píng)估材料熱穩(wěn)定性(如樹脂分解溫度)。

　　環(huán)境與應(yīng)力復(fù)現(xiàn)測(cè)試

　　溫度循環(huán)試驗(yàn)：驗(yàn)證焊點(diǎn)熱疲勞壽命。

　　濕熱老化試驗(yàn)：模擬高濕環(huán)境下的CAF或腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

　　振動(dòng)測(cè)試：評(píng)估機(jī)械應(yīng)力對(duì)焊點(diǎn)或元器件的影響。

　　綜合診斷

　　結(jié)合設(shè)計(jì)、工藝、材料、環(huán)境數(shù)據(jù)，確定主次失效原因(如設(shè)計(jì)缺陷占60%，焊接工藝占40%)。

　　四、典型失效原因

　　設(shè)計(jì)問題

　　走線間距不足(導(dǎo)致短路或信號(hào)干擾)。

　　熱設(shè)計(jì)不合理(局部過熱引發(fā)材料退化)。

　　材料缺陷

　　基板吸濕性高(FR-4 vs 高頻材料如Rogers)。

　　焊料合金成分偏差(如無鉛焊料Sn-Ag-Cu比例不當(dāng))。

　　工藝缺陷

　　回流焊溫度曲線不匹配(峰值溫度過高/過低)。

　　錫膏印刷偏移或厚度不均(導(dǎo)致虛焊)。

　　清洗不徹底(殘留助焊劑引發(fā)腐蝕)。

　　環(huán)境應(yīng)力

　　高濕度環(huán)境加速電化學(xué)腐蝕。

　　溫度沖擊導(dǎo)致CTE不匹配的材料分層。

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