Fall und Methode der PCB-Fehleranalyse
Als Drehscheibe für verschiedene Komponententräger und die Übertragung von Schaltungssignalen ist PCB zum wichtigsten und wichtigsten Bestandteil elektronischer Informationsprodukte geworden und wird in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt. In den letzten Jahren gab es immer mehr Fälle von PCB-Fehlern, und einige der Fehler sind extrem schädlich. Der im April 2016 verabschiedete Plan für die Herstellung, Standardisierung und Qualitätsverbesserung von Anlagen und für Made in China 2025 hält an den Grundsätzen fest: "Innovationsorientiert, Qualität zuerst, umweltfreundliche Entwicklung, Strukturoptimierung und talentorientiert". Die Qualitätsanforderungen der Produkte werden immer höher und die Zuverlässigkeit der Produkte wird immer strenger. Daher bestimmen Qualität und Zuverlässigkeit der Leiterplattenqualität die Qualität und Zuverlässigkeit der gesamten Ausrüstung.
In der Vergangenheit hatten nur militärische Produkte Zuverlässigkeitsanforderungen, und viele zivile Produkte bieten inzwischen eine Vielzahl von Zuverlässigkeitsanforderungen. Unterschiedliche Kundentypen, unterschiedliche Produktanwendungen, auch die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Leiterplatte sind völlig unterschiedlich. Zum Beispiel haben einige Kunden zehn Stunden nach dem Backen eine Anforderung an die Zuverlässigkeit der Leiterplatte von 260 Grad Celsius und können dennoch die elektrischen Leistungsanforderungen der Leiterplatte erfüllen. Einige Kunden benötigen den IST-Zyklus von 250 oder sogar 1000-mal. Die Änderungsrate der Produktresistenz beträgt weniger als 10%. Einige Kunden benötigen PCBA-Produkte, um die 30-minütige Resonanzanforderung bei einer Beschleunigung von 25 g zu erfüllen.
zwei. PCB-Fehlerfall
Wie wir alle wissen, führt das Versagen des Produkts zu größeren wirtschaftlichen Verlusten und zur Beeinträchtigung der Qualität. Die Arten des Leiterplattenversagens sind jedoch unterschiedlich und die Hauptursachen des Ausfalls sind unterschiedlich, wie beispielsweise der Korrosionsversagen von Kupfer mit PTH-Loch und der offene Ausfall, der durch den Bodenriß des HDI-Sacklochs verursacht wird. , Delaminierungsfehler, ENIG-Produktlochringrisse und Kurzschlussbrand auf Leiterplatte. Der Verarbeitungsprozess ist umständlich und kompliziert und kann weitere Gründe für das Versagen verursachen. Daher ist es ein wichtiges Thema in der Leiterplattenbranche geworden, die Ursache für Leiterplattenfehler schnell zu finden und die Leistung des Produkts zu optimieren. Im Folgenden finden Sie eine Liste der Fehleranalysefälle, die in den letzten Jahren in den Bereichen Big Data-Berechnung, Navigation und Medizin relevant waren:
1 PCB-Platinenfehler
Im Jahr 2015 gibt es ein großes Datencenter-Feedback, ein oder zwei Geräte werden jeden Monat in Brand gesetzt oder verbrannt, und es ist dringend geboten, die Ursache des Brandes schnell zu finden:
Bei Betrachtung der Störungsstelle konzentriert sich der Brennpunkt der brennenden Platte im Befestigungslochbereich des Festplattensteckers, und die Kupferschicht der Lochwand und die Positionierungszinnsäule im Befestigungslochbereich sind vollständig verbrannt. Die Analyse ergab, dass die NPTH-Porenwand metallisiert wurde, während der Einschaltphase ein CAF-Ausfall auftrat, was schließlich zu einem Kurzschlussbrand führte.
CAF-Wachstumsprinzip: Wenn PCBA unter bestimmten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen aufgeladen wird und betrieben wird, kann sich zwischen den beiden isolierten Leitern entlang der Grenzfläche zwischen Harz und Glasfaser ein CAF befinden, was möglicherweise zu einer schlechten Isolierung und sogar zu einem Kurzschlussfehler führt. Das Prinzip der CAF-Generierung lautet wie folgt:
Es gibt drei Voraussetzungen für CAF: 1 bestimmte Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen; 2 Potentialdifferenz zwischen zwei Isolationsleitungen; 3 Kanal für Kupferionenwanderung.
Experimentelle Wiederholung: Das Isolationswiderstandsausfallmodul des Testers wird einem 12-V-Spannungsstabilisierungstest unterzogen. Die Testplatine wird beim Einschalten kurzgeschlossen und ausgelöst, und die Probe wird kontinuierlich gezündet und karbonisiert (der Test hat eine Videoaufzeichnung).
Verbesserungsplan: 1 Erhöhen Sie den Abstand zwischen Innen- und Außenlochring auf Leiterabstand auf 300 μm. 2 Ersetzen Sie das Substrat mit hoher Tg, um eine gute Wärmebeständigkeit und CAF-Beständigkeit sicherzustellen.
2 Durchbrochener Lochring mit chemisch vernickeltem Goldring
Im Jahr 2017, ein multinationales SMT-Bestückungskundenfeedback, nach dem Reflowlöten der PTH-Löcher aller in der Industrie erworbenen ENIG-Platinen, erschien der Testlochring schwarz und schwarz, der Sondentest konnte nicht bestehen, die gesamte Linie wurde gestoppt. und die Fehleranalyse wurde benötigt. .
Neben der Beeinflussung der Kontaktleistung der Sonde können Rissfehler in der PTH-Bohrung auch Korrosion der Kupferschicht verursachen, die Korrosionsbeständigkeit der Leiterplatte verringern und auch die Lötbarkeit des Produkts erhöhen.
Der Mechanismus der Rissbildung: Aufgrund des Prinzips der thermischen Ausdehnung und Kontraktion unterliegt die Leiterplatte während des Reflow-Lötens und des Wellenlötens einer hohen Temperaturausdehnung. Da die Leiterplattenauswahl nicht mit dem Oberflächenbehandlungsprozess übereinstimmt, belastet das Blech den Lochring nach oben und das Loch ist. Der Ring wird angehoben, wodurch sich der Ring nach beiden Seiten verformt und Risse im Ring entstehen.
Verbesserungsplan: 1 Tauschen Sie die kleinere CTE-Platte aus. 2 Ersetzen Sie den Oberflächenbehandlungsprozess.
Elektrochemischer Korrosionsfehler bei 3 PTH-Löchern
Im Jahr 2017 eine bestimmte Art von 8-Schicht-Leiterplatte, das Kunden-Feedback, dass das gesamte Produkt in den Bereichen Meer und Küste für 3 Jahre verwendet wird, gibt es das Phänomen, dass das Videosignal nicht erreichbar ist, und es gibt eine schwarze Fremdkörper Rest im PTH-Loch des anormalen Netzwerks. Finden Sie die Hauptursache und suchen Sie den Fehlerpunkt.
Es wurde festgestellt, dass das mit dem Fremdmaterial bedeckte PTH-Loch offensichtliche Risse zwischen der Lötverbindung und dem Kupferloch an der Lochposition des Stopfenlochs aufwies, und das Lochkupfer an der Rissposition war korrodiert und ein Teil des Lochkupfers fehlte .
Beim Vergleichen der normalen PTH-Löcher, die durch Fremdstoffe auf der PCB bedeckt sind, wird gleichzeitig festgestellt, dass das Schweißen mit dem normalen Innen-Widerstandsschweißen eine gute Verbindung mit der Lochwand aufweist, keinen Riß, das Lochkupfer ist nicht korrodiert und die Signalleitung ist gut.
Gemäß der Forschung wird sich in der Umgebung mit hohem Salzgehalt und hoher Luftfeuchtigkeit entlang der Küste eine dünne Schicht aus Wasserfilm auf der Oberfläche des Objekts bilden, und wenn sich die relative Luftfeuchtigkeit in der Luft von 65 bis 80% befindet, Wasser Die Filmdicke auf dem Objekt beträgt 0,001 bis 0,1 μm. Wenn die PCB in Betrieb ist, bilden der Wasserfilm und das Kupferloch zusammen eine Elektrolysezelle, und es tritt eine elektrochemische Reaktion auf, die schließlich einen schwarzen ätzenden Stoff erzeugt, wie unten gezeigt:
Schlussfolgerung: Wenn das Loch des Lötstopfens nicht voll ist oder das Loch des Lötstopfens Risse aufweist, bildet das PTH-Lochkupfer, das nicht von der Lötmaske bedeckt ist, eine Elektrolysezelle, und es tritt eine elektrochemische Reaktion auf. Das Lochkupfer ist korrodiert, was die Zuverlässigkeit der Leiterplatte erhöht. Kommen Sie zu ernsthaften Risiken.
Verbesserungsplan: Verbessern Sie die Fülle des Stopfenlochs und verbessern Sie die Qualität des Stopfenlochs.
Natürlich sind die Arten und Modi von Fehlern unterschiedlich. Nachfolgend finden Sie Beispiele für andere typische Fehleranalysefälle auf Leiterplattenebene, die sich im Labor angesammelt haben:
Aus den oben genannten Fällen können wir immer mehr Muster für Leiterplattenausfälle finden, und die Hauptursachen für Fehler sind ebenfalls unterschiedlich. Daher ist es notwendig, die allgemeinen Ideen und Methoden der Fehleranalyse zusammenzufassen und zu verfeinern und eine Methodik zu entwickeln, die zur Förderung der Anwendung eingesetzt werden kann. Bei der Analyse der tatsächlichen Fälle wird das Problem mit halbem Aufwand gelöst und die Ursache schnell ermittelt.
drei. PCB-Fehleranalyse-Methode
Die Methode ist hauptsächlich in drei Teile unterteilt, die die drei Teile der Methode integrieren. Dies hilft uns nicht nur, das Fehlerproblem schnell zu lösen und die eigentliche Ursache im Prozess der Fallanalyse zu ermitteln. kann aber auch auf dem von uns festgelegten Rahmen basieren. Ingenieure führen Schulungen durch, um das Lernen in allen Abteilungen zu erleichtern.
Im Folgenden werden die Analyseideen und -methoden erläutert. Die erste besteht darin, die Ideen zu analysieren.
Der erste Schritt: die "fünf Schritte" der Fehleranalyse
Der Prozess der Fehleranalyse ist hauptsächlich in fünf Schritte unterteilt: "1 Erfassung schlechter Board-Informationen → 2 Bestätigung des Fehlerphänomens → 3 Fehlerursachenanalyse → 4 Fehlerursachenüberprüfung → 5 Berichtschluss, Verbesserungsvorschlag". Der erste Schritt besteht darin, den Fehlerinhalt, den Prozessablauf, das strukturelle Design, den Produktionsstatus, den Verwendungsstatus, den Speicherstatus und andere Informationen der defekten Leiterplatte zu verstehen und den nachfolgenden Analyseprozess vorzubereiten. Der zweite Schritt besteht darin, den Fehler anhand der Fehlerinformationen zu ermitteln. Position, beurteilen Sie den Versagensmodus; Der dritte Schritt besteht darin, den Fehlermodus zu analysieren und die Hauptursache einzeln nach dem Fehlerursachen-Fehlerbaum zu überprüfen. Wenn die Ursache im vorhandenen Fehlerbaum nicht bestätigt werden kann, muss dies durch das Themenprojekt untersucht werden. Das Klassenfehlerproblem und die Schlussfolgerung der Studie werden zum ursprünglichen Fehlerbaum hinzugefügt, so dass der Fehlerbaum kontinuierlich angereichert und perfektioniert wird und die Hauptursache erschöpft ist, wodurch ein effektives Zyklusmuster einer wiederholten iterativen Aufrüstung gebildet wird. dann wird das Reproduzierbarkeitsexperiment durch Schritt 4 durchgeführt, um die Ursache zu überprüfen. Der endgültige Bericht zur Analyse der Ausgabefehler verbessert die Fehlerursache gezielt.
Der zweite Schritt: Der Fehlerbaum für die Fehlerursache wird erstellt
Am Beispiel der schlechten Schweißbarkeit der vergoldeten Goldplatte wird das Verfahren zum Erstellen eines Fehleranalysebaums beschrieben:
Für das allgemeine Board-Level-Ausfallphänomen von PCB / PCBA erstellen wir einen Fehlerursachen-Fehlerbaum für verschiedene Fehlermodi und sammeln, verfeinern und aktualisieren im tatsächlichen Kampf fortlaufend und steigen iterativ in Tiefe und Breite, wodurch ein relativ perfektes Ergebnis entsteht Die Fehleranalyse des Hauptursachenbaums für hochfrequente Ausfallmodi wie Delaminierung, schlechte Lötbarkeit, schlechte Haftung, schlechte Leitfähigkeit und schlechte Isolation kann Ihnen helfen, den Fehleranalyseprozess des Fehlerbaums in einem späteren tatsächlichen Kampf zu verfolgen. Die Hauptursache des Scheiterns besteht darin, das Problem zu lösen und mit halbem Aufwand das Doppelte zu erzielen.
Der dritte Schritt: Erstellen Sie eine Standardbibliothek
Die Standard-Bibliotheksdatei wird gebildet, indem die Hauptursachen des Fehlerbaums überprüft werden. Die Quelle der Standardbibliothek für die Ursachenbeurteilung hat im Wesentlichen mehrere Aspekte: 1 IPC, GJB, Industriestandards und andere Dokumente; 2 normale Produkt- und abnormale Produktvergleichsbibliothek; 3 Forschungs- und Entwicklungsprojekterfahrung, Bibliothek mit Produktionserfahrungen. Fassen Sie die Auswertungsmethoden und Bewertungskriterien, die an jeder Fehlerwurzel beteiligt sind, im Fehlerbaum zusammen und klassifizieren Sie sie und fassen Sie die gängigen PCB-Standards und die verschiedenen Anomaliedaten zusammen, um in späteren Fällen eine Standardbibliothek für PCB-Fehleranalysen zu erstellen. .