漏电原因逐步揭秘!手机电池存在轻微漏电现象失效分析
漏电原因逐步揭秘!手机电池存在轻微漏电现象失效分析
引言
某款手机电池在老化试验后,发现存在不开机、输出电压异常的不良现象。检查发现电池PCBA上的某芯片引脚之间存在热点,有轻微漏电现象。现测试分析,查找电池漏电原因。
测试分析
1 外观检查
对失效电池和正常电池上的PCBA板进行外观检查,失效电池U2和U3表面保护胶与PCB板结合良好,未发现开裂、气孔等明显不良现象;正常电池PCBA上器件未点胶,表面亦未发现明显异常现象。
2 电学性能及红外热性定位测试
分别对失效电池和正常电池中的电芯电压和电池输出电压进行测量,测试结果见表1。发现失效电池中#5电池输出电压明显存在异常,其余失效电池和正常电池中,电芯电压与电池输出电压相差较小,未发现异常。因此确认失效电池中PCBA模块存在异常。
表1 失效电池和正常电池的电芯电压和输出电压结果
为了确认失效电池中是否存在漏电热点现象,现对失效电池和正常电池进行显微红外热像测试,发现#5失效电池中U3芯片的引脚3和2之间存在热点,如图1所示,其他失效电池中未发现明显热点。
图1 #5失效电池热点位置示意图
3 表面SEM+EDS分析
据红外热像结果,将#5失效电池进行剥胶处理,发现U3芯片的引脚3和2和对应的热封胶表面存在类似电迁移物质。该电迁移类物质正好将芯片上的引脚3和2之间连接,如图2所示,通过对该电迁移类物质进行成分分析,其主要元素为C、O、Cl、Sn、Ni,其中Cl为异常元素,且含量异常的高,如表2所示。
图2 #5失效电池U3芯片引脚3和2之间SEM图片
表2 #5失效电池U3芯片引脚3和2之间异物EDS测试结果(Wt%)
通过对U3芯片的1~3引脚表面和对应的热封胶表面进行形貌观察和成分分析,如图3和表3所示,发现引脚表面锡焊料存在不同程度的腐蚀情况,对应的热封胶表面也存在掉落后的腐蚀锡块。通过对腐蚀锡块表面进行成分分析,主要成分为C、O、Cl、Sn,其中Cl含量高达20%左右,而对未腐蚀的位置进行成分分析,表面成分正常,未发现Cl元素。
图3 #5失效电池U3芯片引脚表面SEM图片及EDS能谱图
表3 #5失效电池品U3芯片引脚表面EDS测试结果(Wt%)
4 特性曲线分析
为了进一步确认失效电池中U3器件本身是否存在问题,对#5失效电池U3芯片上的引脚3和2进行特性曲线分析,同时对比裸器件上引脚3和2的特性曲线,看是否存在差异,检测结果如下:#5失效电池中U3芯片的引脚3和2之间的特性曲线与正常裸芯片的特性曲线基本一致。由此说明,#5失效电池中U3芯片本身质量不存在问题,导致失效电池漏电失效的原因是U3芯片引脚3和2之间存在电迁移现象。
5 物料排查
由上述测试结果可知,导致失效电池漏电失效的直接原因为U3芯片引脚3和2之间存在电迁移,而导致电迁移发生的直接因素为引脚焊点表面存在异常高含量的Cl元素。结合该电池的工艺生产流程图,异常Cl元素可能从以下4个方面引入:
(1)电池在老化过程中,由其他地方引入Cl;
(2)器件上Cl残留;
(3)SMT组装过程中引入Cl,包括锡膏和外来因素;
(4)PCB板表面Cl残留。
5.1 电池在老化过程中,是否由电池其它地方引入Cl
#5失效电池剥胶后,U3芯片附近PCB板面进行成分分析,如图6和表3所示,剥离胶后,U3芯片上引脚3附近的PCB板表面亦未发现Cl元素。如果Cl元素是由外界其它地方引入,PCB板表面应存在Cl迁移残留,综上,可排除Cl元素由电池其它地方引入的可能。
图6 #失效电池剥胶后U3附近表面SEM图片
表4 #失效电池剥胶后U3附近表面EDS测试结果(Wt%)
5.2 器件表面的Cl残留
为了确认失效电池中U3芯片引脚焊点表面的Cl是否来自芯片本身,对裸芯片和#失效电池上其他器件表面胶进行成分分析,裸芯片表面未发现有Cl残留;#失效电池上电阻R1焊点焊料也存在锡焊料被腐蚀情况,通过成分分析,发现存在异常元素Cl,且含量高达10%左右。由此说明,失效电池中不只是U2和U3器件上焊点焊料存在被腐蚀现象,其他器件也存在该现象。
通过上述结果可知,失效电池中U2和U3芯片引脚焊点表面的Cl元素应不是来自器件本身。
图7 裸芯片表面SEM图片
表5 裸芯片表面EDS测试结果(Wt%)
图8 #5失效电池上R1表面SEM图片及EDS能谱图
表6 #5失效电池上R1表面EDS测试结果(Wt%)
5.3 电池在SMT过程中,由锡膏或外来因素引入
通过对OK-1电池上U3芯片焊点表面进行表面形貌观察和成分分析,如图9和表7所示。通过表面形貌观察,引脚焊点焊料未发现有腐蚀情况,通过成分分析,引脚表面及周边亦未发现有Cl元素。
由上述结果可知,正常电池中器件焊点焊料表面未发现有Cl残留,结合采用的无卤锡膏Sn98.5Ag1.0Cu0.5,由上可排除锡膏本身带有Cl。
图9 OK-1电池U3芯片引脚表面SEM图片及EDS能谱图
表7 OK-1电池上U3芯片引脚表面EDS测试结果(Wt%)
5.4 PCB板表面Cl残留
对失效电池进行表面观察,发现152#失效电池中PCB板上B+旁阻焊膜表面存在异常颗粒点,如图27所示。通过对该异常颗粒物进行表面形貌观察及成分分析,如图28和表14所示,通过成分分析可知,该异常颗粒含有异常高的Cl元素,且含异常的Ni和Cu元素。该异常颗粒的来源需要进一步的确认。
图10 #6失效电池PCB板表面异常颗粒外观图片
图11 #6失效电池PCB板表面异常颗粒SEM图片
表8 #6失效电池PCB板表面异常颗粒EDS测试结果(Wt%)
对上述的异常颗粒点进行切片分析,发现异常颗粒旁的阻焊膜出现开裂现象,且在阻焊下方为内部金属走线,在金属走线边侧发现与异常金属颗粒相同物质。通过成分分析,发现异常颗粒与走线边侧异常物质成分相同,均发现异常高的Cl元素,且亦含Ni和Cu。其它金属走线边侧也发现存在异常物质,经成分确认,亦发现异常高含量的Cl元素。
经了解,该PCB内部金属走线为Cu表面镀Ni镀Au结构,且该PCB板的制作工艺为先做焊盘表面处理,后涂覆阻焊膜。结合上述测试结果可推测,该阻焊膜表面异常颗粒应来自PCB板内部金属走线边侧。失效电池中PCB板内部金属走线边侧的异物应为PCB板制作流程中蚀刻线路的蚀刻液残留导致。
在其他PCB板表面也发现有异物残留,通过成分确认,该异物发现有较高含量的Cl残留。
结合上述物料排查结果,可确定失效电池中异常Cl元素应来自PCB光板,在其阻焊膜表面和内部金属走线边侧均发现较高含量的Cl,直接导致后续焊点腐蚀和电迁移的发生。
结论
导致失效电池漏电失效的直接原因为:失效电池中U3芯片引脚3和2之间存在电迁移类物质,导致电池发生漏电失效。发生电迁移的原因为焊点表面Cl残留过高,致使焊点发生腐蚀,进一步诱发引脚之间的电迁移。其中异常Cl元素来自PCB光板本身,与PCB板制程工艺不良有关。
*** 以上内容均为原创,如需转载,请注明出处 ***
- 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