PCB上的电子器件通常会在以下三个地方之一出现故障。
故障分析是识别故障的根本原因的过程，通常尝试减轻故障的根源。在电子工业中，故障分析包括在收集更详细的数据以调查哪个组件或板位置运行不正常之前，将故障隔离到印刷电路板组件(PCBA)上的某个位置。
Ansys可靠性工程服务团队的成员，在显微镜下寻找失效机制。
PCBA上的电子器件通常在以下三个地方之一出现故障:
元件级故障是指在焊接到印刷电路板上的电子元件内发生的故障。通常，当故障被隔离到特定的电子组件时，可以使用进一步的电气表征-例如比较曲线跟踪-将故障隔离到特定的引脚。当故障位于具有大量I/O引脚的组件上时，这是至关重要的。下面将讨论一些最常见的组件级故障和用于识别它们的故障分析技术。
线键是连接集成电路的模具和引线的小电线。它们薄而易碎，在机械应力作用下会断裂。用于识别线键合断裂的最常见故障分析技术是x射线显微镜。在大多数情况下，集成电路内部结构的x射线图像足以确认或消除线键合断裂作为故障机制。声波显微镜也可以收集数据，当钢丝键合断裂是一个可疑的失效机制。因为它可以识别样品中的空气间隙，它可以发现爆米花开裂的证据，这可能会破坏电线的结合。
类似的失效机制是钢丝键合脱离，其中球键合在钢丝和模具之间的金属间连接处断裂，并脱离键合垫。这通常是由于粘接过程中的问题造成的。几种故障分析选项可以识别和确定钢丝粘接脱离的根本原因。在严重的情况下，可以用x射线显微镜识别钢丝键合脱离;然而，通常需要剖面图来确认。一旦确定了失稳机理，就可以通过进一步的分析来确定失稳原因。最常见的原因是粘接垫上的化学污染或由于粘接过程中不正确的压力导致的不成形的压扁球。质量截面将能够测量连接的大小和形状，以及金属间连接的厚度。在某些情况下，可能需要从模具上拉动或剪切键来检查衬垫表面。扫描电子显微镜(SEM)和能量色散x射线能谱(EDS)的键垫表面可以揭示可能产生键合问题的污染。
元件内的分层通常是指成型化合物从集成电路的模具或引线框架中分离。模具表面的分层产生了潜在的水分进入，可能导致整个模具短路。声波显微镜是一种非破坏性的方法，最常用于识别组件中的分层。当怀疑分层的位置已知时，横断面也可以确认它。
多层片状电容器(mlcc)在机械弯曲或热冲击作用下容易开裂。当电容器焊接到的电路板经历过度弯曲时，就会发生弯曲开裂，这可能是在脱板、连接器插入、固定或其他机械事件期间引起的。当零件经历突然的、急剧的温度升高时，例如由于不恰当的焊接，就会发生热冲击开裂。在任何一种情况下，电容器开裂都可能通过增加电容器体内(板之间或板与端子之间)短路的风险而潜在地导致组件故障。三维x射线和声学显微镜可以识别电容器裂纹;然而，往往需要横断面分析才能完全确认。横切面和光学显微镜也可以揭示开裂的根本原因。弯曲裂纹通常表现为组件终端水平和垂直区域之间的对角裂纹，而热冲击裂纹可能以各种形态出现。
模具伤害可以通过多种方式表现出来。机械或热机械过度应力会造成模具物理裂纹，在集成电路中形成开路。这种类型的模具开裂是典型的令人震惊的。可以用声学显微镜、3D x射线显微镜进行确认，在一些严重的情况下，还可以用2D x射线显微镜进行确认。一旦模具裂纹的位置已知，横断面分析可用于更详细地检查损伤的方向和严重程度。
球栅阵列(BGA)示意图。工程师可以使用数字图像相关(DIC)来评估由于热机械载荷引起的热膨胀或翘曲。
电压力过大或静电放电也会引起不同程度的模具损伤。极端的电事件可以引起足够的碳化，可以用x射线显微镜观察到;然而，电模的损坏往往要微妙得多。在这些情况下，更专业的模具检验技术是必要的。当怀疑集成电路的电模损坏时，典型的第一步是组件的解封装。酸解封装可以去除过模化合物，露出模具表面和线键，从而实现光学检测。如果损伤是在活性区域的表面或上层之一，通常可以在解封装后用光学显微镜或扫描电镜观察到。在较深或非常细微的静电超应力(EOS)或静电放电(ESD)损伤的情况下，必须使用超导量子干涉设备(SQUID)、电应力下的热成像或其他专门技术来检查模具，以确定确切的故障位置。
互连级故障通常是由于焊点或引线断裂。了解电子组件的环境条件有助于在开始故障分析之前确定互连级故障的可能性。下面将讨论用于识别最常见形式的组件/板互连故障的实验室技术。
焊料疲劳主要是由于温度在长时间内循环。焊料疲劳的主要驱动因素是PCB与引线或元件本体之间的热膨胀系数不匹配。由于灌封或组件翘曲、过度振动或增加组件尺寸产生的拉伸应力，可以加速这种效应。在许多情况下，光学检查或x射线显微镜可以识别这种故障;然而，横截面接头是确认疲劳破坏最可靠的方法。焊点的质量截面可以检查与焊点上持续应力有关的裂纹或晶粒生长/相粗化的证据。当横截面不实用时，例如当BGA上有许多引脚的故障接头未知时，染色-撬技术可以识别焊点开裂。
经典的焊料疲劳图解。
当一个单一的机械事件，如掉落，导致焊点断裂时，就会发生焊点过应力。光学显微镜和横切面可识别超应力骨折。通常，由机械过度应力引起的裂纹焊点比由焊料疲劳引起的裂纹大得多。
铅断裂是一种故障机制，当组件的焊点保持完整，但金属铅本身在电路板和组件本体之间断裂。引线断裂在大型电解电容器和具有细鸥翼引线的部件上最为普遍，这些部件经历了过度的振动和冲击。光学显微镜可识别引线断裂，而机械测试可用于评估电子组件中引线断裂的风险。
电路板级故障表现在印刷电路板本身或内部。它们可能表现为短路或断路，并且根据电路板电气网络和堆叠的复杂性，可能比组件或互连级故障更难定位。
读了成功单板级可靠性测试的6步白皮书了解更多。
在潮湿的环境中，如果电路板的洁净度不够，可能会导致元器件引线之间短路或线路板外露。在严重的情况下，可以用光学显微镜或扫描电镜/能谱仪确认。离子污染分析也可用作电路板鉴定技术，以确定电路板表面的污染水平是否低于行业最低标准。
导电阳极灯丝(CAF)发生时，金属沿着纤维在PCB的层压板层内迁移。当CAF发生在两个紧密间隔的镀通孔(PTH)之间时，通常会产生故障。CAF故障通常是由于钻井损伤过多或玻璃/树脂粘结不良造成的，潮湿环境会加剧CAF故障。温度/湿度偏差测试可以在现场使用之前确定电子组件的CAF风险。当预期CAF失效时，通常使用电气测试来确定通过对或对受到影响。横断面分析和光学显微镜必须确认CAF的存在，并确定金属迁移的根本原因。当根本原因是钻头损坏时，通孔边缘会出现明显的大裂缝。在玻璃/树脂粘结不良的情况下，可以在一个或多个层压层的玻璃编织中观察到空心管或空隙。SEM/EDS也可以证实所观察到的灯丝本质上是金属的。
甲状旁腺疲劳通常表现为两种形式之一:当通孔上的镀层本身断裂时，筒体开裂;当甲状旁腺管和正常附着的迹线之间的连接断裂时，迹线开裂。甲状旁腺疲劳通常是热循环的结果，因为层压材料在平面外方向的膨胀将应力传递到甲状旁腺。在严重的情况下，3D和2D x线显微镜可用于识别甲状旁腺骨折;然而，由于甲状旁腺激素破裂通常很薄，通常使用横断面分析和x射线显微镜来确认。
垫层坑洞和微量断裂是与超应力事件(如跌落和其他冲击)相关的失效。焊盘凹坑是主要发生在BGA焊点下的一种失效。当机械应力导致垫开始从板上撕下来时，就会发生这种情况，在球垫下面的层压板层中产生一个陨石坑形状的裂缝结构。3D x射线，染色-窥探分析，横断面分析，或者在非常严重的情况下，简单的光学检查可用于识别BGA衬垫下衬垫坑的存在。
垫坑常伴有微量裂缝。当一根细细的裂纹在走线和球垫之间的应力集中界面断裂时，就会发生微量裂缝。在电路板的其他区域，痕迹断裂也可以独立于焊盘凹坑出现，通常在应力集中的情况下，例如当路由薄区域以一定角度旋转或连接到大型焊盘时。微量裂缝很难定位。对PCBA内部电气网络的全面了解以及应用于PCBA的机械负载的一般概念，对于在怀疑故障机制为微量断裂时甚至对位置提出假设都是必要的。在大多数情况下，x射线显微镜可以确认微量骨折的存在，但这通常是一项耗时的活动，因为它需要在高倍镜下对感兴趣的网络进行彻底扫描。
某些产品设计选择可能会使故障隔离变得极其困难。灌封、底盘和固定件可以在视觉上模糊并在物理上抑制对组件区域的访问，从而禁止电气表征或光学检查。含有大量金属的组件会隐藏感兴趣的区域，从而妨碍x射线的有用性。同时包含非常硬和非常软的材料(例如氧化铝和焊料)的组件会使质量截面变得困难。在这些和其他独特的情况下，必须使用环境、PCBA属性和电子组件类型的知识来开发关于哪些组件、焊点或电路板区域可能会故障的理论，并且可能需要采用创造性的技术来充分确认故障的根本原因。
多学科的根本原因分析可以有效地确定问题是如何产生的，无论是发生在现场，还是在测试中，还是涉及到制造过程中的质量损失。找到更多关于这个的信息可靠性工程服务页面。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
留下回复