印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
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屏幕边缘为何“发白”?警惕这种高温高湿环境!

发布时间: 2026-06-12 00:00
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一批出厂约两年的汽车显示屏,在高温高湿仓储环境下突然"亮红灯"——边缘区域出现"发白"现象。

客户反馈,400余台露天存放的产品中,有42台出现同类失效,失效比例超过10%。

是OCA光学胶的湿热老化?还是偏光片耐候性设计余量不足?若不能精准定位失效根因,不仅会降低用户行车体验,更可能引发车规级产品的批量召回风险。

同样的物料、同样的工艺,大部分屏幕完好无损,为何偏偏这42台“中招”?

这个“白”,到底是怎么来的?


1.失效现象确认与光学分析

将NG1、NG2、OK1及OK2样品浸入液氮环境进行低温处理,结合材料热膨胀系数的差异性所产生的界面应力,实现对粘接界面的物理剥离。

  • NG1上偏光片发生破碎、脱落,边缘区域呈现显著变色;

NG1失效现象确认图片

NG1失效现象确认图片

  • NG2上偏光片未发生破碎、脱落,边缘区域未呈现明显变色;

NG2失效现象确认图片

NG2失效现象确认图片

  • OK样品上偏光片均未破碎、脱落,边缘均无明显变色。

OK样品失效现象确认图片

OK样品失效现象确认图片

随后利用超景深数码显微镜(明场/暗场双模式照明)对NG1及OK1样品上偏光片表面进行光学形貌观察。

  • NG1上偏光片表面附着较多OCA胶,偏光片距离边缘区域约1500 μm处颜色不均匀,呈现明显黄变;

NG1上偏光片表面光学图片

NG1上偏光片表面光学图片

  • OK1上偏光片表面同样附着较多OCA胶,偏光片边缘区域颜色均匀,未呈现黄变。

OK1上偏光片表面光学图片

OK1上偏光片表面光学图片

结论:

失效现象集中于上偏光片边缘区域,表现为黄变与结构破坏;OCA胶的附着状态并非导致失效的差异性因素,需进一步向偏光片本体及微观层面追溯。


2.表面微观形貌与元素分析(SEM & EDS)

利用场发射扫描电子显微镜对NG1及OK1样品上偏光片表面边缘区域进行微观形貌观察,并采用X射线能谱仪进行微区元素定性与定量分析。

  • 表面颗粒物富集:NG1偏光片第一层表面边缘区域呈现白色点状颗粒物富集;OK1对应区域表面洁净,无此形貌特征。

NG1、OK1上偏光片表面边缘区域SEM图片

NG1、OK1上偏光片表面边缘区域SEM图片

NG1、OK1上偏光片表面边缘区域SEM图片

  • OCA胶元素高度一致:NG1与OK1表面OCA胶元素均为C、O,成分及含量高度一致,排除了光学胶批次差异或降解的嫌疑。

  • Si元素异常检出:NG1偏光片表面边缘区域检测到较高含量的Si,结合形貌判定为填料二氧化硅;OK1对应区域未检出Si。

  • 第一层材质存在本底差异:NG1第一层为"含二氧化硅填料的聚氨酯",OK1第一层为"聚氨酯",两者第一层材质本身存在填料有无的差异。

结论:

白色点状颗粒物为NG样品第一层聚氨酯自带的二氧化硅填料,非外来污染物;OCA胶成分无差异。第一层材质差异(含二氧化硅 vs 不含)可能是影响边缘水汽阻隔性能的潜在因素,但尚未构成直接失效证据,需结合剖面与化学分析进一步验证。


3.切片分析

将NG1和OK1样品上偏光片镶嵌在环氧树脂中,进行研磨、抛光后,利用超景深数码显微镜(明场)对边缘区域偏光片剖面进行光学形貌观察。

  • 层状结构一致:NG1与OK1偏光片主体均为4层结构(第一层聚氨酯、第二层TAC、第三层PVA、第四层TAC),层序设计无差异。

  • PVA层边缘膨胀与分层:NG1偏光片中间层(PVA层)边缘出现明显的膨胀及层间分离;OK1剖面未见此现象,层间结合完好。

  • K、I元素边缘富集:EDS剖面分析显示,NG1与OK1中间层均含C、O、K、I,但NG1中K、I含量显著高于OK1,呈数倍富集。

结论:

PVA层边缘膨胀、分层与K/I元素的异常富集是失效样品的核心微观特征,直接表明白色失效区域与PVA层劣化及碘化钾(KI)向边缘迁移、聚集强相关。


4.分子结构降解分析(FTIR & Py-GCMS)

利用傅里叶变换显微红外光谱仪对NG1及OK1样品上偏光片表面OCA胶进行成分分析;

  • OCA胶成分一致:NG1与OK1表面OCA胶主要成分均为丙烯酸树脂,两者无明显差异。

NG1、OK1上偏光片表面OCA胶FTIR谱图

NG1、OK1上偏光片表面OCA胶FTIR谱图

  • 第一层成分验证:NG1与OK1第一层主要成分均为聚氨酯;NG1在1105.57 cm⁻¹处检出O-Si-O反对称伸缩振动,再次验证SiO₂填料存在,与SEM/EDS结果一致。

NG1、OK1上偏光片第一层FTIR谱图

NG1、OK1上偏光片第一层FTIR谱图

  • PVA层羰基峰位偏移(关键判据):NG1与OK1第三层主要成分均为聚乙烯醇(PVA)。OK1羰基C=O伸缩振动位于1742.38 cm⁻¹;NG1羰基峰迁移至1710.39 cm⁻¹,发生显著低波数偏移,该位移表明PVA分子链上的酯基发生了水解或氧化反应,即发生了化学降解。

NG1、OK1上偏光片第三层FTIR谱图

NG1、OK1上偏光片第三层FTIR谱图

  • TAC层无差异:NG1与OK1第四层均为三醋酸纤维素(TAC),无明显差异。

NG1、OK1上偏光片第四层FTIR谱图

NG1、OK1上偏光片第四层FTIR谱图

采用热裂解气相色谱质谱联用仪(Py-GCMS,300℃热脱附)对剥离OCA胶后的偏光片基材进行热裂解产物分析。

  • NG1与OK1均检测到壬醛(氧化分解产物)、左旋葡萄糖酮(PVA脱水环化产物)及1,3,4,6-四-氧-乙酰-β-D-吡喃甘露糖(TAC的β-1,4糖苷键断裂及乙酰基脱除反应衍生物)。该结果从热裂解产物角度验证了PVA氧化降解与TAC老化反应的化学路径,与FTIR结果一致。

NG1、OK1上偏光片基材Py-GCMS谱图

NG1、OK1上偏光片基材Py-GCMS谱图

结论:

FTIR羰基峰的低波数偏移是NG样品PVA层发生水解/氧化降解的决定性光谱证据;Py-GCMS从分子片段层面佐证了降解产物的存在。OCA胶与TAC层并非失效源,PVA层的化学劣化是失效的化学本质。


5.元素价态分析(XPS)

利用X射线光电子能谱仪对NG1和OK1样品上偏光片进行元素及价态分析。

  • NG1检出离子态碘:NG1偏光片边缘区域检测到K⁺与I⁻的存在,证实碘元素以碘离子形式富集于失效区域。

NG1偏光片XPS图片

NG1偏光片XPS图片

NG1偏光片XPS图片

  • OK1信号微弱:相较NG1,OK1偏光片未检出明显的K⁺/I⁻信号(或含量极低,低于检测限)。

结论:

失效边缘区域的碘以I⁻形式存在,结合EDS的K/I含量数据,证实碘化钾(KI)在湿热驱动下向边缘迁移并发生解离,是形成光散射中心的直接物质基础。


总结:

汽车显示屏边缘出现发白的原因是在高温高湿及光照环境下,PVA层吸水发生膨胀,并发生氧化,促进碘化钾迁移至边缘,又由于光的散射作用,最终表现为边缘发白。

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