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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