PCB失效分析案例及方法（一）

一．前言

PCB作為各種元器件的載體與電路信號傳輸的樞紐已經成為電子信息產品的最為重要而關鍵的部分，廣泛的應用于各行各業。近年來，由于PCB失效案例越來越多且部分失效危害極大。2016年4月通過的《裝備制造業與標準化和質量提升規劃》與《中國制造2025》堅持“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、人才為本”的基本方針形成對接，說明國家對產品的質量要求越來越高，對產品可靠性把控越來越嚴，因此，其PCB質量的好壞與可靠性水平決定了整機設備的質量與可靠性。

以前只有軍工產品會提出可靠性要求，現在很多民品企業產品也會提出各種各樣的可靠性要求。不同類型的客戶，不同的產品應用領域對于PCB的可靠性要求也完全不一樣。比如，有的客戶對于PCB的可靠性要求是260攝氏度十個小時烘烤后，仍然能夠滿足PCB電性能要求；有的客戶要求IST循環250次甚至1000次之后，產品電阻變化率小于10％；有的客戶要求PCBA產品在25g加速度情況下滿足30分鐘的共振要求等等。

二．PCB失效案例

眾所周知，產品的失效會造成較嚴重的經濟損失和品質影響，然而PCB失效的模式多種多樣，失效根因也各不相同，例如PTH孔銅的腐蝕失效、HDI盲孔底部裂紋導致的開路失效、分層爆板失效、ENIG產品孔環裂紋和PCB板短路起火等。加工流程繁冗復雜，可能造成其失效的原因較多。因此，如何快速地定位出PCB的失效根因，并對產品的各項性能進行優化提升，已成為PCB行業的重要課題之一。以下列舉近年分析測試實驗中心在大數據計算、航海及醫療領域相關的失效分析案例：

① PCB燒板失效

2015年某大型數據中心反饋，每月會有1臺或2臺設備發生起火燒板的現象，急需快速找到起火原因：

對失效現場進行觀察，燒板起火點位置集中在硬盤連接器的安裝孔區域，安裝孔區域的孔壁銅層和定位錫柱完全被燒毀。分析發現NPTH孔孔壁金屬化，在加電工作過程中，發生CAF失效，最終導致短路起火。

CAF生長原理：當PCBA在一定的溫濕度條件下，帶電工作時，在兩絕緣導體間有可能會產生沿著樹脂和玻纖的界面生長的CAF，最終導致絕緣不良，甚至短路失效。CAF產生原理如下：

產生CAF的三個先決條件：①一定的溫、濕度條件；②兩絕緣導通間存在的電勢差；③有供銅離子遷移的通道。

實驗復現：對實驗板絕緣電阻失效模塊進行穩壓12V的加電測試，試板在接通電源的瞬間即短路起火，持續通電，試樣會持續起火碳化（該試驗有視頻記錄）；

改善方案：①加大內、外層孔環到導體間距設計至300μm；②更換高Tg基材，保證其具備良好的耐熱性和耐CAF性能。

② 化學沉鎳金板孔環裂紋失效

2017年某跨國SMT貼裝客戶反饋，其在業內采購的所有ENIG板的PTH孔在回流焊接之后，測試孔孔環出現腐蝕發黑現象，探針測試無法通過，全面停線，需要進行失效分析。

除了影響探針的接觸性能外，PTH孔的裂紋缺陷還會導致銅層被腐蝕，降低PCB的耐腐蝕性能，也會給產品的可焊性帶來較大的失效風險。