失效分析案例
01問題描述
客戶反饋其生產(chǎn)的汽車儀表盤整裝出貨使用一段時間后出現(xiàn)屏幕閃屏的現(xiàn)象,故送測4個不良品和1個良品進行分析,以期找到失效的原因。
儀表盤主板
02不良信息確認
給不良品儀表盤通12V電壓,儀表盤屏幕不停閃爍,符合客戶所述之失效現(xiàn)象。
03失效現(xiàn)象分析
經(jīng)客戶排查為背光芯片的Fault線路異常,該線路正常電壓為3.3V,不良品電壓偏低。Fault線路一端連接背光芯片,經(jīng)R242電阻后,連通MCU芯片??蛻魧κМa(chǎn)品與良品進行了交叉替換驗證,發(fā)現(xiàn)不良跟隨PCB走。
1、交叉替換驗證背光芯片,不良仍然存在;
2、交叉驗證R242電阻,不良仍然存在;
3、交叉替換驗證MCU芯片,不良品上的芯片換到良品板后未出現(xiàn)不良,良品芯片替換到不良品上后未出現(xiàn)不良,將替換后樣品進行高溫高濕測試,不良PCB加良品芯片重新出現(xiàn)不良;
4、不良板烘烤或過爐后,不良不穩(wěn)定,高溫高濕后,不良會重現(xiàn)。電壓偏低,說明該線路上某個位置漏電,導(dǎo)致電流變小,將不良品(NG2#)的R242(10KΩ)電阻更換為1KΩ電阻,通電后電流增加不良消失。
通過分析客戶提供的Layout圖,發(fā)現(xiàn)fault線路(圖中白線)上MCU芯片一端存在電氣間距過小的通孔,孔距約0.3mm(11.8mil),有發(fā)生CAF的風險。結(jié)合不良現(xiàn)象不穩(wěn)定,高溫高濕后可能會恢復(fù)的特點,懷疑通孔位置發(fā)生了CAF導(dǎo)致漏電。
04紅外熱點偵測
取NG1#,NG2#,NG3#,NG4#及OK品,給Fault線路單獨通電(3.3V),用紅外熱發(fā)射顯微鏡檢測后:
OK品,F(xiàn)ault線路上未發(fā)現(xiàn)漏電點;
NG2#,因?qū)242更換為1KΩ電阻,不良消失,未發(fā)現(xiàn)漏電點。
其它不良樣品,在懷疑的通孔位置均發(fā)現(xiàn)了漏電點:
NG1#,MCU連接的通孔與旁邊的通孔間異常發(fā)熱,存在漏電;
NG3#,MCU連接的通孔與旁邊的通孔間異常發(fā)熱,存在漏電;
NG4#,MCU連接的通孔異常發(fā)熱,存在漏電。
05冷拔+阻值量測
將OK品及NG1#,NG2#,NG3#的MCU芯片冷拔下來,之后割開兩個通孔的線路,使兩個通孔處于獨立狀態(tài),用萬用表量測阻值。
NG1#,兩孔間電阻為2.8KΩ左右,兩孔間微短路。
OK品,NG2#,NG3#量測兩孔間阻值為OL,未發(fā)現(xiàn)兩孔間短路。因為不良不穩(wěn)定,冷拔芯片,PCB受力可能會導(dǎo)致不良消失。
將冷拔后的NG2#,NG3#做高溫高濕,短路重新出現(xiàn)(5KΩ左右),OK品做高溫高濕,未發(fā)現(xiàn)短路。
06切片+成分分析
對NG1#的兩個短路通孔進行切片測試:
從切片結(jié)果可知,兩孔間有疑似銅絲的存在,存在短路風險;但是EDS測試沒有檢測到銅元素。因為銅元素處于玻璃纖維縫隙中,玻璃纖維的阻擋作用,以及EDS檢測厚度為1-2微米左右,導(dǎo)致較難檢測到銅元素。
07絕緣阻抗測試
將OK品(冷拔后),NG2#(冷拔后),NG3#(冷拔后),NG4#通電后,放在高溫高濕柜中,隨時監(jiān)測電阻。
NG4#不良不穩(wěn)定,未進行冷拔。
測試條件:
OK品,通50V偏壓,100V測試電壓;
NG2#,通3.3V電壓;
NG3#,通3.3V電壓;
NG4#,通12V電壓;
高溫高濕:85℃,85%RH。
測試結(jié)果:
OK品,高溫高濕通電96h左右,兩孔間阻值一直是OL。
NG2#,高溫高濕通電48h左右,阻值為3KΩ左右,斷電后半小時,阻值恢復(fù)OL。繼續(xù)高溫高濕通電24h,其阻值穩(wěn)定在5KΩ左右。
NG3#,高溫高濕通電60h后,阻值為KΩ級別,斷電后不久,阻值恢復(fù)為OL;改為常溫高濕(80%RH)繼續(xù)通電192h,期間量測兩次阻值,阻值均為OL。
NG4#,高溫高濕通電42h左右,閃屏現(xiàn)象穩(wěn)定存在。
測試結(jié)果顯示:此PCBA板對水汽及電壓比較敏感,當嫌疑兩孔間一直保持高溫高濕及通電的狀態(tài),兩孔間會發(fā)生微短路。
導(dǎo)電陽極絲(CAF)為極細的銅絲,不穩(wěn)定,當冷拔受力后可能會造成斷裂,阻值不穩(wěn)定。當遇到高電壓或者再次通電的時候可能會燒斷,因此斷電再測試阻值容易恢復(fù)OL。
08結(jié)論與建議
結(jié)論:
1.Thermal熱點分析發(fā)現(xiàn),NG1#,NG3#,NG4#Fault線路上與MCU相連的通孔存在漏電現(xiàn)象;
2.NG1#切片測試,在兩漏電的通孔間發(fā)現(xiàn)了疑似銅絲;
3.高溫高濕通電結(jié)果顯示,此PCBA板對水汽及電壓比較敏感,當嫌疑兩孔間一直保持高溫高濕及通電的狀態(tài),兩孔間會發(fā)生微短路。
建議:
1.優(yōu)化失效區(qū)域的孔設(shè)計,對孔距<14mil(0.35mm)的通孔可增大間距,或者采用錯位排列的孔設(shè)計方式;
耐CAF性能由強到弱的次序為:錯位排列>緯向排列>經(jīng)向排列
(1)CAF的發(fā)生主要是沿著玻璃紗束的方向進行,錯位排列可以對CAF的產(chǎn)生形成迂回作用,從而不容易發(fā)生CAF失效。
(2)緯向玻璃紗相比經(jīng)向扁平疏松,樹脂的浸潤性更好,同時鉆孔的裂傷也會比經(jīng)向的輕微,所以其耐CAF性能也好一些。
2.針對孔距<14mil(0.35mm)的通孔,當孔距無法調(diào)整時,應(yīng)進行CAF實驗(參照IPC或JIS標準),根據(jù)實驗結(jié)果選用合適的板材,并嚴格管控鉆孔工藝。
3.根據(jù)相關(guān)文獻報道,玻纖裂紋是形成CAF的首要條件,因此裂紋長度決定其耐CAF性能。影響玻纖裂紋長度的主要有:1、PCB板材;2、鉆孔工藝;3、疊板結(jié)構(gòu)等。
當面臨小孔距,有CAF風險時,需選用耐CAF的板材(最好選擇開纖布壓制成的板材),并對PCB疊板結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化(減少7628的使用),嚴格控制鉆刀速度和鉆刀打磨次數(shù)。