400-850-4050

PCBA为什么会出现信号输出异常?

2023-09-04  浏览量:166

 

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。

 

老化前后、加热后失效引脚的I/V特性曲线

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。

 

开封后失效引脚I/V曲线图片

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)

 

典型开封后图片

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。

 

失效PCBA失效芯片A1焊点切片SEM图片

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%)

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%。

 

失效样品光焊盘剥金后SEM图片

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%)

失效样品光焊盘剥金后EDS谱图数据(wt%)

 

失效样品光焊盘剥金后SEM图片

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%)

失效样品光焊盘剥金后EDS谱图

 

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。

 

失效PCBA光焊盘切片SEM图片

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%)

失效PCBA光焊盘切片EDS谱图数据

 

PCB光板焊盘切片SEM图片及EDS谱图

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%)

PCB光板焊盘切片EDS谱图

 

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。

 

可焊性测试后图片

图12 可焊性测试后图片

 

退润湿焊点切片图片

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。

 

*** 以上内容均为原创,如需转载,请注明出处 ***

 

简介

MTT(美信检测)是一家从事检测、分析与技术咨询及失效分析服务的第三方实验室,网址:www.mttlab.com,联系电话:400-850-4050。

 

  • 联系我们
  • 深圳美信总部

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    苏州美信

    热线:400-118-1002

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    北京美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    东莞美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    广州美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    柳州美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    宁波美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

     

    西安美信

    热线:400-850-4050

    邮箱:marketing@mttlab.com

深圳市美信检测技术股份有限公司-第三方材料检测 版权所有  粤ICP备12047550号-2

微信