PCBA为什么会出现信号输出异常？

 

PCBA为什么会出现信号输出异常？

 

背景介绍

 

某PCBA在生产完成后的老化测试中发现部分信号输出异常，而静置一段时间后则输出功能恢复正常，初步确认为某芯片某管脚输出存在异常，进一步测试分析，找出失效原因。

 

测试分析

 

1 电性能分析

 

对失效PCBA进行电性能检测，以确定失效现象及失效位置，如下：

如在通电老化实验前后，失效PCBA的失效芯片所有管脚的I/V曲线正常，无明显异常；将失效PCBA的失效芯片及其附近加热到一定温度后，发现失效芯片A1管脚对应的线路呈开路状态；待温度恢复室温后，该引脚对应的I/V曲线恢复正常，重复加热、恢复室温，发现失效现象一致。

综上所述，失效PCBA失效管脚存在间歇性开路失效现象，该失效现象需要达到一定温度才能触发，说明芯片或BGA焊点可能存在间接性接触不良。

 

图1 老化前后、加热后失效引脚的I/V特性曲线

（蓝色为OK样品，红色为NG样品）

 

2 无损分析

 

对失效PCBA进行外观检查、X-ray及CT等无损分析，以确认芯片以及BGA焊点是否存在异常。

外观检查发现失效PCBA失效芯片表面无明显异常；对失效PCBA失效芯片进行X-ray分析，发现失效芯片内部结构无明显异常且失效位置对应管脚的BGA焊点亦未发现明显异常现象存在；对失效PCBA焊点进行CT扫描，发现失效PCBA失效位置对应管脚BGA焊点无明显异常现象存在。如图2~4所示。

综上所述，芯片内部结构以及BGA焊点都未发现明显异常现象存在。

 

 

3 有损分析

 

3.1 De-cap分析

 

为确认失效样品的间歇性接触不良是否为芯片本身问题，对失效PCBA进行化学开封。失效样品（开封后）加热前后的I/V曲线与开封前测试结果一致，说明开封未对失效位置造成影响，如图5所示；失效样品晶元表面整体良好，失效管脚对应的绑定线连接良好，如图6所示。

综上所述，失效应该与芯片本身结构无关，而可能与BGA焊点质量有关，后续将进一步验证。

 

图5 开封后失效引脚I/V曲线图片

（蓝色为OK样品，红色为NG样品）

 

图6 典型开封后图片

 

3.2 切片分析

 

对失效PCBA失效管脚对应的焊点进行切片分析，以确认BGA焊点是否存在异常。

结果发现失效PCBA失效管脚A1焊点存在NWO（No Wetting Open）缺陷，导致该管脚存在间隙性接触不良，导致信号输出异常，通过进一步观察，失效焊点焊盘端Ni层存在明显镍腐蚀现象，如图7和表1所示。

 

图7 失效PCBA失效芯片A1焊点切片SEM图片

 

表1 NG-2失效芯片A1焊点切片EDS谱图（wt%）

 

4 PCB焊盘质量分析

 

4.1 表面分析

 

为了进一步确认光板焊盘镍层质量，对失效PCBA上的光焊盘和PCB光板焊盘进行剥金处理，然后分析表面状况。

如图8和表2所示，失效PCBA上光焊盘（未焊接焊盘）存在严重的镍腐蚀现象，镍层P含量约为6.3wt%。

如图9和表3所示，PCB光板焊盘存在轻微的点状镍腐蚀现象，镍层P含量约为7.6wt%。

 

图8 失效样品光焊盘剥金后SEM图片

 

表2 失效样品光焊盘剥金后EDS谱图数据（wt%）

 

图9 失效样品光焊盘剥金后SEM图片

 

表3 失效样品光焊盘剥金后EDS谱图（wt%）

 

4.2 切片分析

 

对失效PCBA上的光焊盘和PCB光板焊盘进行切片分析。

失效PCBA光焊盘以及PCB光板焊盘都存在严重的镍腐蚀现象，如图10、11，表4、5所示。镍腐蚀的存在会导致焊盘的润湿性严重下降，从而降低焊盘的可焊性。

 

图10 失效PCBA光焊盘切片SEM图片

 

表4 失效PCBA光焊盘切片EDS谱图数据（wt%）

 

图11 PCB光板焊盘切片SEM图片及EDS谱图

 

表5 PCB光板焊盘切片EDS谱图（wt%）

 

4.3 可焊性分析

 

对PCB光板进行可焊性分析，PCB光板部分焊点存在退润湿的可焊性不良现象。随后对退润湿焊点进行切片分析，发现PCB光板焊盘退润湿位置存在镍腐蚀带，并伴随有镍腐蚀坑存在，如图12~13所示。

 

图12 可焊性测试后图片

 

图13 退润湿焊点切片图片

 

结论

 

导致失效PCBA发生信号输出异常的直接原因为：BGA芯片部分焊点存在NWO（No Wetting Open）失效，导致焊点发生间歇性接触不良，致使信号输出异常。

 

导致焊点产生NWO（No Wetting Open）失效的主要原因为：失效焊点焊盘镍层存在严重镍腐蚀，严重降低焊盘的可焊性，致使焊料与焊盘不润湿，从而形成NWO（No Wetting Open）失效。

 

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