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失效分析案例
01問(wèn)題描述
客戶(hù)反饋其生產(chǎn)的汽車(chē)儀表盤(pán)整裝出貨使用一段時(shí)間后出現(xiàn)屏幕閃屏的現(xiàn)象,故送測(cè)4個(gè)不良品和1個(gè)良品進(jìn)行分析,以期找到失效的原因。
儀表盤(pán)主板
02不良信息確認(rèn)
給不良品儀表盤(pán)通12V電壓,儀表盤(pán)屏幕不停閃爍,符合客戶(hù)所述之失效現(xiàn)象。
03失效現(xiàn)象分析
經(jīng)客戶(hù)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?hù)對(duì)失效產(chǎn)品與良品進(jìn)行了交叉替換驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)不良跟隨PCB走。
1、交叉替換驗(yàn)證背光芯片,不良仍然存在;
2、交叉驗(yàn)證R242電阻,不良仍然存在;
3、交叉替換驗(yàn)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(jìn)行高溫高濕測(cè)試,不良PCB加良品芯片重新出現(xiàn)不良;
4、不良板烘烤或過(guò)爐后,不良不穩(wěn)定,高溫高濕后,不良會(huì)重現(xiàn)。電壓偏低,說(shuō)明該線路上某個(gè)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(guò)分析客戶(hù)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(guò)小的通孔,孔距約0.3mm(11.8mil),有發(fā)生CAF的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合不良現(xiàn)象不穩(wěn)定,高溫高濕后可能會(huì)恢復(fù)的特點(diǎn),懷疑通孔位置發(fā)生了CAF導(dǎo)致漏電。
04紅外熱點(diǎn)偵測(cè)
取NG1#,NG2#,NG3#,NG4#及OK品,給Fault線路單獨(dú)通電(3.3V),用紅外熱發(fā)射顯微鏡檢測(cè)后:
OK品,F(xiàn)ault線路上未發(fā)現(xiàn)漏電點(diǎn);
NG2#,因?qū)242更換為1KΩ電阻,不良消失,未發(fā)現(xiàn)漏電點(diǎn)。
其它不良樣品,在懷疑的通孔位置均發(fā)現(xiàn)了漏電點(diǎn):
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(cè)
將OK品及NG1#,NG2#,NG3#的MCU芯片冷拔下來(lái),之后割開(kāi)兩個(gè)通孔的線路,使兩個(gè)通孔處于獨(dú)立狀態(tài),用萬(wàn)用表量測(cè)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(cè)兩孔間阻值為OL,未發(fā)現(xiàn)兩孔間短路。因?yàn)椴涣疾环€(wěn)定,冷拔芯片,PCB受力可能會(huì)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(duì)NG1#的兩個(gè)短路通孔進(jìn)行切片測(cè)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(fēng)險(xiǎn);但是EDS測(cè)試沒(méi)有檢測(cè)到銅元素。因?yàn)殂~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(cè)厚度為1-2微米左右,導(dǎo)致較難檢測(cè)到銅元素。
07絕緣阻抗測(cè)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(shí)監(jiān)測(cè)電阻。
NG4#不良不穩(wěn)定,未進(jìn)行冷拔。
測(cè)試條件:
OK品,通50V偏壓,100V測(cè)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(cè)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(shí),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(jí)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(cè)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(cè)試結(jié)果顯示:此PCBA板對(duì)水汽及電壓比較敏感,當(dāng)嫌疑兩孔間一直保持高溫高濕及通電的狀態(tài),兩孔間會(huì)發(fā)生微短路。
導(dǎo)電陽(yáng)極絲(CAF)為極細(xì)的銅絲,不穩(wěn)定,當(dāng)冷拔受力后可能會(huì)造成斷裂,阻值不穩(wěn)定。當(dāng)遇到高電壓或者再次通電的時(shí)候可能會(huì)燒斷,因此斷電再測(cè)試阻值容易恢復(fù)OL。
08結(jié)論與建議
結(jié)論:
1.Thermal熱點(diǎn)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(cè)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(duì)水汽及電壓比較敏感,當(dāng)嫌疑兩孔間一直保持高溫高濕及通電的狀態(tài),兩孔間會(huì)發(fā)生微短路。
建議:
1.優(yōu)化失效區(qū)域的孔設(shè)計(jì),對(duì)孔距<14mil(0.35mm)的通孔可增大間距,或者采用錯(cuò)位排列的孔設(shè)計(jì)方式;
耐CAF性能由強(qiáng)到弱的次序?yàn)椋哄e(cuò)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(jìn)行,錯(cuò)位排列可以對(duì)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(shù)脂的浸潤(rùn)性更好,同時(shí)鉆孔的裂傷也會(huì)比經(jīng)向的輕微,所以其耐CAF性能也好一些。
2.針對(duì)孔距<14mil(0.35mm)的通孔,當(dāng)孔距無(wú)法調(diào)整時(shí),應(yīng)進(jìn)行CAF實(shí)驗(yàn)(參照IPC或JIS標(biāo)準(zhǔn)),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選用合適的板材,并嚴(yán)格管控鉆孔工藝。
3.根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,玻纖裂紋是形成CAF的首要條件,因此裂紋長(zhǎng)度決定其耐CAF性能。影響玻纖裂紋長(zhǎng)度的主要有:1、PCB板材;2、鉆孔工藝;3、疊板結(jié)構(gòu)等。
當(dāng)面臨小孔距,有CAF風(fēng)險(xiǎn)時(shí),需選用耐CAF的板材(最好選擇開(kāi)纖布?jí)褐瞥傻陌宀模?,并?duì)PCB疊板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化(減少7628的使用),嚴(yán)格控制鉆刀速度和鉆刀打磨次數(shù)。