PCB一種漏電流失效分析技術(shù)案例分享
2017-09-30 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
在PCB產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)之間有漏電流的要求(如后續(xù)案例中產(chǎn)品要求漏電流應(yīng)小于1pA),但是在可靠性測試過程中,部分設(shè)計(jì)或者生產(chǎn)因素可能會(huì)導(dǎo)致PCB的漏電測試不滿足當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求。此時(shí),可通過失效分析技術(shù)來查找失效原因,提出改善措施,進(jìn)而對(duì)實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)防改善,確保產(chǎn)品品質(zhì)滿足設(shè)計(jì)需求。本次分享一個(gè)關(guān)于漏電失效分析的案例,實(shí)物樣品外觀如圖1。
圖1 樣品外觀
1、數(shù)據(jù)分析
1.1 初步分析
對(duì)于失效板漏電流超標(biāo)情況,也就是PCB絕緣性能偏低的情況,該類絕緣電阻的問題一般需分兩方面考慮:
①內(nèi)層絕緣電阻方面。影響該方面的因素有:板材的體電阻率及內(nèi)層導(dǎo)體間距、PCB吸潮情況;
②外層絕緣電阻方面。影響該方面的因素有:板材的表電阻率及外層導(dǎo)體間距、阻焊介電能力。
1.2 絕緣電阻測試方法
圖2 測試點(diǎn)示意
經(jīng)觀察,該板各點(diǎn)所在網(wǎng)絡(luò)均通過字符標(biāo)示,所以實(shí)驗(yàn)采用在相鄰兩網(wǎng)絡(luò)間加電的方式測試絕緣電阻。如,在上圖左側(cè)所示的“01”大金面相連孔環(huán)以及右側(cè)所示的“02”孔環(huán)兩端加電,以此測試“01”網(wǎng)絡(luò)與“02”網(wǎng)絡(luò)間的絕緣電阻。
測試均采用100V電壓,充電時(shí)間300s。
1.3 干燥前后的絕緣電阻分析
樣品接收后,進(jìn)行了150℃、2h烘烤,除去水分后進(jìn)行了“11”-“20”網(wǎng)絡(luò)的絕緣電阻測試,測試所得數(shù)據(jù)如表1所示:
表1 干燥后測試結(jié)果(單位:Ω)
測試結(jié)果如表1所示,在除去水分后測試各點(diǎn)均漏電流超標(biāo),因而排除PCB吸潮情況導(dǎo)致絕緣電阻下降的可能。
1.4 絕緣性較差位置定位分析
從外觀上分析,如下圖3所示該板有兩個(gè)位置存在絕緣性較差的風(fēng)險(xiǎn),一個(gè)是左側(cè)的各個(gè)大焊盤區(qū)域,另一個(gè)是右側(cè)的孔列區(qū)域。針對(duì)這兩個(gè)位置的分析,將左側(cè)大焊盤以及與其相連孔環(huán)間的導(dǎo)線用小刀割斷(萬用表確認(rèn)完全斷開),然后進(jìn)行絕緣電阻測試,由于大焊盤與其相連孔環(huán)的斷開,此時(shí)測試結(jié)果即為右側(cè)的密集孔列區(qū)域的絕緣電阻,測試結(jié)果見表2(考慮到絕緣電阻測試結(jié)果的波動(dòng)性,19-20位置引線并未處理,測試結(jié)果作為參照):
圖3 分析點(diǎn)示意
表2 割斷引線后絕緣電阻測試結(jié)果(單位:Ω)
如表2所示,將測試網(wǎng)絡(luò)與大焊盤間引線割斷后,絕緣電阻測試結(jié)果均沒有出現(xiàn)較大變化,各點(diǎn)均漏電流超標(biāo)。由此可確定,絕緣性能較差部位為圖3所示的孔列區(qū)域。
1.5 孔間絕緣電阻影響因素分析
圖4 孔間絕緣電阻的組成
一般情況下,孔間絕緣電阻組成如圖4所示,由此孔間的絕緣電阻可視為阻焊面電阻、阻焊體電阻以及板材體電阻三者的并聯(lián)電阻(此時(shí)由于阻焊保護(hù),板材面電阻未得到體現(xiàn))。以上電阻值均由材料本身電阻率以及此時(shí)的導(dǎo)體間距決定。
1.6 孔列區(qū)域分析
對(duì)孔列區(qū)域進(jìn)行取樣,并制作縱向切片,效果圖如下:
圖5 切片分析
如圖5所示,孔列區(qū)域孔的孔壁質(zhì)量較好,明場下未能觀察到明顯的燈芯現(xiàn)象。另外,測得孔壁間距約780μm,而表層孔環(huán)間距約236μm。
1.7 孔壁間距影響分析
采用如圖6所示的串聯(lián)孔鏈結(jié)構(gòu)試板進(jìn)行不同孔壁間距孔陣列的絕緣電阻測試,絕緣電阻測試數(shù)據(jù)如表3所示:
圖6 試板外觀
表3 不同孔壁間距絕緣電阻測試數(shù)據(jù)
如表3所示,孔鏈的絕緣電阻隨著孔壁間距的減小而減小,當(dāng)達(dá)到間距0.4mm以上時(shí)其漏電流值即可滿足要求。而失效板孔壁間距為0.78mm,因而判斷該板的絕緣性能差不是由于內(nèi)層導(dǎo)體間距(即孔壁間距)過小導(dǎo)致。
1.8 驗(yàn)證板與失效板比較
驗(yàn)證板相關(guān)特征信息與失效板比較見表4:
表4 驗(yàn)證板相關(guān)特征信息與失效板比較
如表4所示,對(duì)比驗(yàn)證板與失效板,可發(fā)現(xiàn)主要的差異點(diǎn)在于阻焊開窗工藝。由于孔環(huán)的間距(236μm)較小受到該板制作時(shí)的阻焊橋工藝能力的限制,在一定開窗后出現(xiàn)了掉橋的情況。
1.9 無阻焊情況絕緣電阻組成分
圖7 無阻焊情況孔間絕緣電阻的組成
在無阻焊情況下,孔間絕緣電阻組成如圖7所示,由此孔間的絕緣電阻可視為板材面電阻以及板材體電阻兩者的并聯(lián)電阻(此時(shí)由于沒有阻焊保護(hù),板材面電阻得到體現(xiàn))。而一般情況下,板材的面電阻率小于阻焊的體電阻率以及面電阻率。由并聯(lián)電阻的一般規(guī)律可知,并聯(lián)電阻阻值更接近于各并聯(lián)電阻中阻值最小者。因而,在失去阻焊保護(hù)的情況下,板材面電阻參與并聯(lián),孔間絕緣電阻下降。
2 綜合分析
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失效板經(jīng)150℃烘烤2h干燥后,測試絕緣電阻,測試結(jié)果顯示均不滿足設(shè)計(jì)的漏電要求。因而排除板吸潮導(dǎo)致絕緣性能下降的可能;
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通過對(duì)比大焊盤與孔列間引線切斷前后絕緣電阻的測量,由于處理前后變化不大,因而判斷絕緣性能較差位置出現(xiàn)在孔列位置;
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針對(duì)孔列位置進(jìn)行了以下排查:
①內(nèi)層導(dǎo)體間距:經(jīng)切片分析發(fā)現(xiàn),孔列位置孔壁質(zhì)量較好,未觀察到明顯燈芯現(xiàn)象??妆陂g距約0.78mm,通過相關(guān)等效實(shí)驗(yàn)確認(rèn)該間距下絕緣性能良好,且因而排除內(nèi)層導(dǎo)體間距過小導(dǎo)致絕緣性下降的可能;
②外層導(dǎo)體間距:切片分析發(fā)現(xiàn),失效板孔環(huán)間的阻焊橋多數(shù)已脫落,由于失去阻焊保護(hù),阻值較低的板材面電阻參與絕緣電阻并聯(lián)而使得孔間的絕緣電阻下降,最終導(dǎo)致了漏電超標(biāo)的情況。
3.檢測結(jié)論
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失效板制作時(shí)受到阻焊橋工藝能力的限制,孔環(huán)間阻焊橋脫落,孔環(huán)間基材裸露,最終導(dǎo)致該板絕緣性能較差,漏電超標(biāo);
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建議可通過放大孔環(huán)間距或者提高阻焊工藝能力來保證阻焊橋的制作,從而提高板的絕緣性能。
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