第五章 PCB质量保证及失效案例分析.pdf

### 第五章 PCB质量保证及失效案例分析 #### 1. PCB可靠性问题概述 - **PCB的重要性**：印刷电路板(PCB)是承载电子元器件的基础，并负责电路信号的传输，因此它对于整个电子设备的可靠性和质量至关重要。 - **无铅化挑战**： - **高热容**：在无铅焊接过程中，更高的温度和更长的时间会导致热损伤，这对器件和PCB都是极大的挑战。 - **小窗口**：无铅焊接的工艺窗口变得更窄，这增加了工艺控制的难度。 - **低润湿性**：无铅焊料的润湿性能较差，这使得焊接质量难以保证。 #### 2. 典型无铅焊接工艺曲线分析 - **回流焊接的特点**： - 为了确保焊料充分铺展，无铅焊料通常需要50-70秒的再流时间。 - 无铅焊接过程中的最高温度可达255°C。 - 快速冷却的需求，主要是为了避免热损伤。 #### 3. 无卤化带来的挑战 - **电气性能**：无卤化可能会对信号完整性(SIR)、导电路径形成(CAF)以及介电性能带来不利影响。 - **硬度脆度增加**：这会影响到PCB的可加工性能。 - **剥离强度**：无卤化可能会导致分层剥离的风险增加。 #### 4. PCB主要质量问题汇总 - **镀层可焊性问题**：常见的问题是润湿不良。 - **工艺缺陷**：如电镀不良等。 - **绝缘可靠性问题**。 - **通孔疲劳可靠性**。 #### 5. PCB典型工艺缺陷案例分析 ##### 案例1: 电镀不良—孔破金相切片分析 - **热膨胀系数**：通过对不同试样的测试，可以分析出热膨胀系数较高(一般要求低于3%)的问题。 - **分析结论**： - PCB电镀工艺不良是过孔开路的主要原因。 - PCB基材的热膨胀系数偏大，会加剧过孔开路的问题。 ##### 案例2: PCB短路开路 - **外观检查**：观察到相邻导线由于铜箔相连造成的短路现象，以及炭膜相连导致的短路。 - **分析结论**： - 不该相连的铜箔导带互连导致短路。 - 键盘按键由于两指状导电碳膜电极互连也造成了短路。 - 铜箔导线断缺导致开路。 ##### 案例3: 器件脱落失效案例--FPC - **外观检查**：FPC焊盘端呈现金色，表面平整。 - **金相切片分析**： - 焊料对元件引脚润湿良好。 - FPC焊盘端形成的IMC层较薄。 - 焊盘的ENIG结构异常，镀镍层中存在大量气孔。 - **综合分析**： - 元件脱落的根本原因是FPC焊盘的镀层结构异常。 - 化学镍金工艺控制不当是导致镀层结构异常的原因。 ##### 案例4: 电镀镍金焊盘上锡不良分析 - **外观及金相分析**：焊盘不润湿区域存在明显的麻点，这些麻点周围存在污染物。 - **分析结论**：PCB焊盘镍镀表面层的麻点及其周围的污染物是导致焊盘上锡不良的原因。 #### 6. PCB润湿不良失效机理 - **润湿角**：最佳润湿角度为15~45°。当润湿角θ为0°时，表示完全润湿；当θ为180°时，则表示完全没有润湿。 #### 结论 通过对PCB质量保证的关键因素和典型失效案例的分析，我们可以看出PCB制造过程中面临的挑战主要包括无铅化和无卤化的技术难题、工艺缺陷、绝缘可靠性等问题。为了提高PCB的可靠性和质量，必须对这些挑战进行深入研究，并采取有效的控制措施来解决这些问题。例如，通过优化焊接工艺参数、改善材料性能以及加强质量检测等手段来提升PCB的整体性能。