PCB失效分析技术及部分案例
PCB的CAF测试失效分析案例
PCB的CAF测试失效分析案例PCB的CAF（Conductive Anodic Filament）测试是一种用于评估电子产品印刷电路板的可靠性的测试方法，它能够检测到可能导致电子设备损坏或故障的潜在问题。
然而，有时候CAF测试可能会失效，即不能准确地检测到问题，导致缺陷产品被误判为合格产品。
本文将通过一个实际案例来分析PCB的CAF测试失效原因。
在家电子制造公司的生产线上，制造商对所有PCB进行CAF测试以确保其可靠性。
CAF测试是通过将电流注入PCB中，将其浸泡在盐溶液中，并检查是否存在电流泄漏的现象来进行的。
在测试过程中，如果有电流泄漏，说明可能存在导电的异物，导致电路损坏。
然而，在一批PCB中，CAF测试出现了失效现象。
虽然这些PCB在CAF测试之前都经过了完整的制造流程，并通过了其他各项测试，但在CAF测试阶段仍然出现了电流泄漏。
制造商决定对此进行详细调查，以找出问题所在。
首先，制造商对可能的失效原因进行了分析。
他们注意到，电流泄漏现象主要发生在焊盘附近，并且与焊盘和PCB表面涂覆的保护层之间有一层薄膜。
制造商怀疑这可能是导致CAF测试失效的主要原因之一为了验证这一猜测，并找到具体的原因，制造商进行了实验。
他们选择了几个有电流泄漏的PCB，并将它们切割成小块进行进一步分析。
通过显微镜观察，制造商发现在焊盘和薄膜之间存在一些微小的裂纹。
这些裂纹可能形成了导电通道，并导致了电流泄漏现象。
为了进一步验证，制造商还进行了材料分析。
通过对薄膜的成分进行分析，制造商发现薄膜中掺有一种对电导率较敏感的材料。
这些材料可能在制造过程中被不慎混入，导致了薄膜在CAF测试中失效。
综合以上分析结果，制造商得出结论，PCB的CAF测试失效是由于焊盘附近的薄膜存在裂纹，并含有导电材料引起的。
制造商进一步调整了制造过程，增强了焊盘附近薄膜的耐压性，并加强了对材料的筛选和控制，以确保不会再次出现类似问题。
通过这个案例，我们可以看到CAF测试失效的原因可能是多方面的，可能与制造过程中的材料问题、设计问题或操作问题有关。
失效分析典型案例分享--镍腐蚀
沉锡
沉银
无铅喷锡
（Immersion Tin) (Immersion silver) (Lead free HASL)
OSP
在电路板裸铜表面 在电路板裸铜表 在电路板裸铜表 在电路板裸铜表面 沉积形成一层平整 面经化学置换反 面经化学置换反 经热风整平形成一 而致密的有机覆盖 应形成一层洁白 应形成一层洁白 层较光亮而致密的 层，厚度约0.2而致密的锡镀层， 而致密的银镀层， 无铅覆盖锡合金层， 0.6um，既可保护 厚度约0.7-1.2um。 厚度约0.15-0.4um。 厚度约1-40um。 铜面，又可保证焊
表面易被污染而 影响焊接性能
表面易被污染，银 面容易变色，从而 影响焊接性能和外 观
表面处理温度高， 可能会影响板材和 阻焊油墨的性能
表面在保存环境差 的情况下易出现 OSP膜变色，焊接 不良等
电镍金后还经 过多道后工序， 表面处理后若 受到污染易产 生焊接不良
成本很高
完成沉锡表面处 理后如再受到高 温烘板或停放时 间较长，则可导 致沉锡层的减少
u
Pu
Pu
Pu
P uP
Pu P
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Pu P
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Ni
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富磷层
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Ni
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Ni P
Ni
Ni
Ni
PCB失效分析介绍
PCB失效分析介绍PCB（Printed Circuit Board），中文译为印刷电路板，是电子设备中常见的一种重要组件。
它由基板、导线、组件及连接器等构成，用于支持和连接电子元器件，实现电路的功能。
然而，在使用过程中，由于各种原因，PCB可能会出现失效的情况。
这篇文章将介绍PCB失效分析的一般流程，包括常见的失效类型、失效分析方法以及案例分析。
PCB的失效类型可以大致分为电气失效和机械失效两类。
电气失效包括导通故障、断路故障和短路故障等，机械失效则包括开焊、虚焊、冷焊、板与插件之间接触不良等。
在进行PCB失效分析时，一般可以采取以下几个步骤。
首先，进行外观检查。
通过目视观察PCB表面和内部，检查是否存在明显的损坏或错误。
例如，观察是否存在明显的腐蚀、热伤或机械划痕等。
其次，进行电学测试。
使用测试仪器进行电路导通测试，检测是否存在导通失效、断路失效或短路失效等。
常见的测试仪器包括万用表、示波器等。
接着，进行组件测试。
使用适当的测量工具和测试设备，对PCB上的组件进行测试。
例如，使用数字万用表、热像仪等设备，对元器件的电压、电流、温度等性能进行测量。
然后，进行故障点定位。
根据前述的测试结果，确定故障点的大致位置。
可以利用烙铁、红外热像仪、X射线检测仪等工具对故障点进行进一步的定位。
除了常规的失效分析方法，还可以结合一些辅助技术来进行更深入的分析。
例如，利用逆向工程技术对PCB进行解剖和分析，了解其内部结构和材料组成。
同时，还可以利用红外热像仪、X射线检测仪等高级测试设备，对PCB进行非破坏性测试，以获取更全面的信息。
下面以一个实际案例进行PCB失效分析。
电子设备中的一个PCB上的一些电路失效，导致整个设备无法正常运行。
通过外观检查发现，该PCB表面没有明显的损坏，但观察到一些插件的焊点存在异常。
接着，进行电学测试。
使用示波器进行导通测试，发现在该焊点附近存在断路失效。
然后，进行组件测试，发现焊点附近的元器件没有明显的故障。
第五章 PCB质量保证及失效案例分析
5.3.2 PCB化学镍金（ENIG）失效机理及控制
黑焊盘的由来
ENIG最为PCB和BGA封装基板焊盘表面处理，主要用来防止Cu焊盘 的氧化，并得到可焊接的表面。黑盘是和ENIG处理的相关失效。 在元件组装过程中，焊料对焊盘不润湿，不润湿的焊盘会显著变 黑－－－黑盘的最初来源。 牙签试验 机械性能测试
PCB润湿不良的分类及原因
润湿不良的原因
不润湿： 焊盘严重氧化（通常表面处理工艺有关系） 焊盘受到有机物等污染 焊盘表面存在杂志膜（如不可焊的白油）等物质
反润湿： 焊盘氧化： 焊盘表面处理异常（HASL和ENIG）
注：反润湿和不润湿的最大区别在于直接接触面的可焊性存在差异。
PCB焊盘润湿不良照片
润湿不良分析方法
案例2 PCB短路开路
1 样品描述：所送5种型号的PCB有开路和短路现象。
分析结论
1）PCB电镀工艺不良是过孔开路的主要原因。 2）PCB基材（包含外层粘接材料和内层芯板粘接材 料）PTE偏大，会进一步加剧过孔开路。
2 外观检查
相邻导线 由于铜箔 相连造成 短路
2
2 外观检查
炭膜相连导致短路 3 分析结论
结论： 镍层扩散至金镀层浅表面而氧化以及镍层存在较严重的裂 缝降低了PCB焊盘的可焊性，从而导致焊盘上锡不良。
案例8 PCB焊盘氧化腐蚀导致器件脱落案例
样品外观照片及脱落后焊盘照片
1）金部分未溶解 2）存在锡元素
SEM&EDS分析
未脱落的焊点金相分析 1）存在润湿不良 2）镍层存在腐蚀
SEM&EDS分析
PCB失效分析技术与案例
PCB失效分析技术与典型案例2009-11-18 15:10:05 资料来源:PCBcity 作者: 罗道军、汪洋、聂昕摘要| 由于PCB高密度的发展趋势以及无铅与无卤的环保要求，越来越多的PCB出现了润湿不良、爆板、分层、CAF等等各种失效问题。
本文首先介绍针对PCB在使用过程中的这些失效的分析技术，包括扫描电镜与能谱、光电子能谱、切片、热分析以及傅立叶红外光谱分析等。
然后结合PCB的典型失效分析案例，介绍这些分析技术在实际案例中的应用。
PCB失效机理与原因的获得将有利于将来对PCB的质量控制，从而避免类似问题的再度发生。
关键词| 印制电路板，失效分析，分析技术一、前言PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
随着电子信息产品的小型化以及无铅无卤化的环保要求，PCB也向高密度高Tg以及环保的方向发展。
但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题，并因此引发了许多的质量纠纷。
为了弄清楚失效的原因以便找到解决问题的办法和分清责任，必须对所发生的失效案例进行失效分析。
本文将讨论和介绍一部分常用的失效分析技术，同时介绍一些典型的案例。
二、失效分析技术介于PCB的结构特点与失效的主要模式，本文将重点介绍九项用于PCB失效分析的技术，包括：外观检查、X射线透视检查、金相切片分析、热分析、光电子能谱分析、显微红外分析、扫描电镜分析以及X射线能谱分析等。
其中金相切片分析是属于破坏性的分析技术，一旦使用了这两种技术，样品就破坏了，且无法恢复；另外由于制样的要求，可能扫描电镜分析和X射线能谱分析有时也需要部分破坏样品。
此外，在分析的过程中可能还会由于失效定位和失效原因的验证的需要，可能需要使用如热应力、电性能、可焊性测试与尺寸测量等方面的试验技术，这里就不专门介绍了。
2.1 外观检查外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。
PCB短路失效分析
PCB短路失效分析PCB短路失效是指在电路板上的两个或多个电路之间发生了错误的电连接，导致电流绕过了原本设计的路径，从而造成电路功能受损或完全失效的情况。
PCB短路失效可能是因为设计错误、制造缺陷、材料选择不当、组装过程中操作不当等因素导致的。
首先，设计错误可能是导致PCB短路失效的主要原因之一、设计人员在布局电路板时，如果排线过于接近或布线不合理，就有可能导致两个或多个电路之间的短路。
因此，为了减少短路失效的风险，在设计阶段应该合理布局和布线，并避免将不同电路放置得过于接近。
其次，制造缺陷也是导致PCB短路失效的常见原因。
在PCB制造过程中，例如蚀刻、覆铜、印刷等步骤可能会存在一些问题，导致导线间的间距太小或出现外覆材料的异常粘连等情况，从而引发短路失效。
材料选择不当也可能导致PCB短路失效。
在PCB制造过程中使用的材料应该符合设计要求，例如导线应该具有足够的绝缘性能，外覆材料应该具有良好的耐热性等。
如果材料的绝缘性能不合格或耐热性能不足，就有可能出现短路失效的情况。
此外，组装过程中操作不当也可能引发PCB短路失效。
在PCB组装过程中，例如焊接过程中的温度控制、焊点清洁等操作都需要严格执行。
如果焊接温度过高或焊点清洁不彻底，就可能导致焊点短路，从而引发短路失效。
为了避免PCB短路失效，可以采取以下措施：1.合理布局和布线：在设计阶段，应尽量避免将不同电路放置得过于接近，合理布局和布线，减少短路的风险。
2.严格控制制造过程质量：在PCB制造过程中，要严格控制每一个环节的质量，确保导线间的间距够大，外覆材料没有异常粘连等问题。
3.选择合适的材料：在PCB制造中，选择符合设计要求的材料，确保导线具有足够的绝缘性能，外覆材料具有良好的耐热性等。
4.注意焊接过程：在PCB组装过程中，要注意焊接温度的控制，并确保焊点清洁彻底，避免因操作不当导致短路失效。
综上所述，PCB短路失效是一种常见的电路板故障，可能由设计错误、制造缺陷、材料选择不当、组装过程中操作不当等因素导致。
肉眼看不见的PCB失效问题!一些常见失效切片分析
热冲击试验来源于 IPC-6012C 3.10.8 章节的要求，依照 IPC-TM-650 测试 方法 2.6.7.2 测试，一般常用 FR4 材料的 PCB 选用条件 D，在经过高低温循 环 100 次之后，第一次高温电阻和最后一次高温电阻的变化率不能超过 10%，并且试验后做显微剖切的镀覆孔完整性合格。 TCT：参考标准 JESD22-A104E，两箱式 Air to Air 温度循环试验 (Temperature Cycling Test)，共有 13 种高低温匹配与 4 种留置时间 CycleTime(1、5、10、15 分钟)的级别对应，以供用户参考，如下图 2 和图 3 所示： TST：参考标准 JESD22-A106B，两槽式 Liquid to Liquid 高低温液体中之 循环试验，特称为 Thermal ShockTest 热冲击试验，试验条件如下图 4 所示: 不管是 TCT 或是 TST 试验，其试验时间都是很长的，而 IST 时间明显小 于 TCT 和 TST，常见的温度循环测试曲线如图 5 所示，由图可以看出，液冷 式的 TST 试验，高低温转换速率是最大的，IST 其次，TCT 最小，而高低温 转换速率越大，其对材料的冲击也随之增加，也就更容易失效： IST 试验虽然试验时间最短，但其也有不足之处，它的高低温温差是最小 的，温差决定了测试样品的工作温度范围，温差越大，代表样品能工作在更 高或更低的温度，如图 6 所示： IST 因为测试时间短，温度转换速率大，对测试样品的疲劳老化影响也较
PCB失效原因与案例分析
84
深圳市线路板行业协会--台湾电路板协会
2009年7月24日
2009PCB产业论坛
2.7 能谱分析
主要用途
•焊盘表面或截面成分分析 •可焊性不良的焊盘表面污 染物的元素分析
FPC－pad镍镀层开裂分析
SEM
Ni 层
EDS
Reliability Makes Classic
信息产业部电子信息产品污染防治标准工作组 ‘限量与检测方法’项目组牵头负责人
国家有害物质检测方法标准委员会（TC297/SC-3） 副主任委员
中国电子学会SMT专家咨询委员会委员 国家焊接标委会委员（TC55/SC2）
Reliability Makes Classic
PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成 为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏 与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
Reliability Makes Classic
1.1 无铅化带来的挑战
高热容 （高温与长时间，热损伤） 小窗口 （工艺窗口急剧变小，工艺控制难度？） 低润湿性 （润湿性能严重下降，焊接质量更难保证？）
Reliability Makes Classic
外观检测分析的案例
Reliability Makes Classic
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深圳市线路板行业协会--台湾电路板协会
2009年7月24日
联能科技（深圳）有限公司（板厂）
南京协力多层电路板有限公司（飞针测试）
确信电子—乐思化学（化学药水）
安徽省铜陵经济技术开发区 PCB 产业园（产业园）
日 期：2009 年 7 月 24 日(星期五)
PCB通孔导通失效分析
PCB通孔导通失效分析
PCB通孔导通失效分析
背景资料
PCBA上BGA部位上H6点对地绝缘阻抗降低。
样品：6 pcs（其中失效样品2pcs，同批未失效样品2pcs，PCB裸板2pcs）
客户要求：分析绝缘阻抗降低部位及原因
1.横向剖切分析
2.横向剖切分析
部位部位说明阻值测试结果
1 芯片焊盘处有阻值
2 芯片与BGA焊点结合处有阻值
3 BGA焊点中部有阻值
4 BGA焊点与PCB焊盘结合处有阻值
5 PCB内部有阻值
6 PCB内部有阻值
7 PCB内部有阻值
8 PCB内部∞
3.
4.
纵向剖切分析5.4.
6.使用金相显微镜的暗场方式对通孔间部位进行观察，发现H6点对应通孔与接地
点通孔间存在导电阳极细丝（CAF, Conductive Anodic Filament）存在。
5. 结论
通过横向显微抛切分析结果得知失效部位位于PCB板内。
通过纵向显微抛切分析，发现H6点对应通孔与接地点通孔间存在导电阳极细丝（CAF, Conductive Anodic Filament），是导致H6点与接地点间产生阻值的直接原因。
CAF产生的原因可能为过度的灯芯加上孔与孔相距太近使得板材间的绝缘品质下降。
通过分析发现失效部位通孔间距为350μm左右，而其相邻部位通孔间距为550μm左右。
7.。
PCB失效分析技术与典型案例
视系统来检查。X 光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对 X 光的吸湿或透过率的不 同原理来成像。该技术更多地用来检查 PCBA 焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的 BGA 或 CSP 器件的缺陷焊点的定位。目前的工业 X 光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由 二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种 5D 的 X 光 透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。
前言 PCB 作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键
的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。随着电子信息产品的小型化 以及无铅无卤化的环保要求，PCB 也向高密度高 Tg 以及环保的方向发展。但是由于成本以及技术 的原因，PCB 在生产和应用过程中出现了大量的失效问题，并因此引发了许多的质量纠纷。为了弄 清楚失效的原因以便找到解决问题的办法和分清责任，必须对所发生的失效案例进行失效分析。本 文将讨论和介绍一部分常用的失效分析技术，同时介绍一些典型的案例。
综合上述分析可知，PP 层粘接材料的局部固化不足，增大了 PCB 在高温强热中所受的的应力， 外层铜箔与 PP 层树脂结合力不足， 降低了铜箔与树脂之间的结合强度， 而这些均与板的层压工及艺 粘接材料的性能相关。 PCB 板吸潮又严重降低了 PCB 的耐热性能，使得 PCB 在过回流焊中水份急剧 汽化导致出现爆板分层失效现象。 结论
1.1 外观检查 外观检查，就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查
PCB 的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断 PCB 的失效模式 。 外观检查主要检查 PCB 的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性，如是批次的或是 个别，是不是总是集中在某个区域等等。另外，有许多 PCB 的失效是在组装成 PCBA 后才发现，是 不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。
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PCB失效分析技术及部分案例
作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽，PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。
对于这种失效问题，我们需要用到一些常用的失效分析技术，来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证，本文总结了十大失效分析技术，供参考借鉴。
1.外观检查
外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB 的失效模式。
外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别，是不是总是集中在某个区域等等。
另外，有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现，是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。
2.X射线透视检查
对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X 射线透视系统来检查。
X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。
该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。
目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种5D的X光透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。
3.切片分析
切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB。