PCBA线路板失效分析

【关键词】断孔、孔铜断裂、 PCB孔破、孔铜异常

【摘要】某PCBA产品SMT上件后出现功能测试不合格，电性测试发现有开路现象，失效网络的导通孔电阻不良。通过导通电阻确认，断面金相观察， SEM观察，EDS分析，TG测试等手段查找失效原因。

1、案例背景

失效样品为某多层PCBA板，该PCB板经过2次回流焊后，出现功能测试不合格现象，锁定失效网络，发现导通电阻不良。样品的失效率大概在百分之一左右。

2、分析方法简述

2.1电阻确认

对失效样品的失效网络（图1）进行电阻确认（图2），发现导通孔电阻异常；外观确认，未看到明显的异常（表面露铜现象为阻值确认时刮开油墨形成）。

                      图1失效网络

                                  A面                                                                      B面

                   图2导通电阻确认

2.2 导通电阻异常孔断面金相观察

对电阻异常的孔进行断面金相观察，发现孔铜断裂位置的基材有开裂，并且发现孔壁铜薄现象（与相邻孔对比）；孔壁铜断裂发生在芯板层。（图2～图5）

               图2金相观察 

图3去除孔内阻焊油墨后孔壁底部外光图片

          图4基材裂纹金相图片

         图5基材裂纹金相图片

2.3导通电阻异常孔断面SEM观察

对电阻异常的孔进行断面观察，发现孔铜断裂位置的基材有分层开裂，并且发现孔壁铜薄现象（与相邻孔对比），除孔内阻焊油墨后SEM观察孔底部未发现有铜结晶；孔壁铜断裂发生在芯板层。（图6～图9）

        图6 SEM整体图片 

图7去除孔内阻焊油墨后孔壁底部外光图片

            图8 SEM整体图片

     图9断孔底部处SEM放大图片

2.4导通电阻异常孔相邻孔断面观察

对导通电阻异常的孔相邻孔进行断面SEM观察(图10)，发现有基材开裂现象；孔壁铜厚在11.28-21.45µm之间，粗糙度：18.21µm。

图10导通电阻异常孔相邻孔断面SEM观察

2.5铜厚&孔壁粗糙度测量

对异常孔和相邻孔进行断面观测(图11)，异常孔铜厚最小为7.23µm，孔壁粗糙度最大为33.92µm。

图11铜厚&孔壁粗糙度测量

2.6 TG测试

对测试样品进行TG测试，测试结果：Δt=Δ t2-Δt1=128.5-123.3=5.2℃。 (图12)

图12 TG测试

4、结论

1. 网络导通电阻异常解析为：网络中的导通孔的孔铜薄，并且芯板层的受热基材分层将孔壁铜拉开导致断裂。

2. 对孔壁铜薄电镜SEM分析为：孔壁铜是在芯板层受热膨胀，孔内的阻焊油墨拉裂出现裂缝，后工序加工蚀刻药液残留将孔壁铜腐蚀。

3. 对失效PCBA的芯板【将外层PP除去】进行TG测试，其TG测试是：Δt=Δt2-Δt1=128.5-123.3=5.2℃，（Δt值偏大，按照行业内规格一般<5℃）。

因此，推测导致本次导通孔电阻异常是芯板层的基材TG值变化大，孔内阻焊油墨被拉裂，加工过程中腐蚀药液残留将孔壁铜腐蚀出现异常开路。

5、建议

1. PCB芯板更换为TG值变化小的。