PCBA為什么會出現信號輸出異常？

 

背景介紹

 

某PCBA在生產完成后的老化測試中發現部分信號輸出異常，而靜置一段時間后則輸出功能恢復正常，初步確認為某芯片某管腳輸出存在異常，進一步測試分析，找出失效原因。

 

測試分析

 

1 電性能分析

 

對失效PCBA進行電性能檢測，以確定失效現象及失效位置，如下：

如在通電老化實驗前后，失效PCBA的失效芯片所有管腳的I/V曲線正常，無明顯異常；將失效PCBA的失效芯片及其附近加熱到一定溫度后，發現失效芯片A1管腳對應的線路呈開路狀態；待溫度恢復室溫后，該引腳對應的I/V曲線恢復正常，重復加熱、恢復室溫，發現失效現象一致。

綜上所述，失效PCBA失效管腳存在間歇性開路失效現象，該失效現象需要達到一定溫度才能觸發，說明芯片或BGA焊點可能存在間接性接觸不良。

 

圖1 老化前后、加熱后失效引腳的I/V特性曲線

（藍色為OK樣品，紅色為NG樣品）

 

2 無損分析

 

對失效PCBA進行外觀檢查、X-ray及CT等無損分析，以確認芯片以及BGA焊點是否存在異常。

外觀檢查發現失效PCBA失效芯片表面無明顯異常；對失效PCBA失效芯片進行X-ray分析，發現失效芯片內部結構無明顯異常且失效位置對應管腳的BGA焊點亦未發現明顯異?，F象存在；對失效PCBA焊點進行CT掃描，發現失效PCBA失效位置對應管腳BGA焊點無明顯異常現象存在。如圖2~4所示。

綜上所述，芯片內部結構以及BGA焊點都未發現明顯異?，F象存在。

 

 

3 有損分析

 

3.1 De-cap分析

 

為確認失效樣品的間歇性接觸不良是否為芯片本身問題，對失效PCBA進行化學開封。失效樣品（開封后）加熱前后的I/V曲線與開封前測試結果一致，說明開封未對失效位置造成影響，如圖5所示；失效樣品晶元表面整體良好，失效管腳對應的綁定線連接良好，如圖6所示。

綜上所述，失效應該與芯片本身結構無關，而可能與BGA焊點質量有關，后續將進一步驗證。

 

圖5 開封后失效引腳I/V曲線圖片

（藍色為OK樣品，紅色為NG樣品）

 

圖6 典型開封后圖片

 

3.2 切片分析

 

對失效PCBA失效管腳對應的焊點進行切片分析，以確認BGA焊點是否存在異常。

結果發現失效PCBA失效管腳A1焊點存在NWO（No Wetting Open）缺陷，導致該管腳存在間隙性接觸不良，導致信號輸出異常，通過進一步觀察，失效焊點焊盤端Ni層存在明顯鎳腐蝕現象，如圖7和表1所示。

 

圖7 失效PCBA失效芯片A1焊點切片SEM圖片

 

表1 NG-2失效芯片A1焊點切片EDS譜圖（wt%）

 

4 PCB焊盤質量分析

 

4.1 表面分析

 

為了進一步確認光板焊盤鎳層質量，對失效PCBA上的光焊盤和PCB光板焊盤進行剝金處理，然后分析表面狀況。

如圖8和表2所示，失效PCBA上光焊盤（未焊接焊盤）存在嚴重的鎳腐蝕現象，鎳層P含量約為6.3wt%。

如圖9和表3所示，PCB光板焊盤存在輕微的點狀鎳腐蝕現象，鎳層P含量約為7.6wt%。

 

圖8 失效樣品光焊盤剝金后SEM圖片

 

表2 失效樣品光焊盤剝金后EDS譜圖數據（wt%）

 

圖9 失效樣品光焊盤剝金后SEM圖片

 

表3 失效樣品光焊盤剝金后EDS譜圖（wt%）

 

4.2 切片分析

 

對失效PCBA上的光焊盤和PCB光板焊盤進行切片分析。

失效PCBA光焊盤以及PCB光板焊盤都存在嚴重的鎳腐蝕現象，如圖10、11，表4、5所示。鎳腐蝕的存在會導致焊盤的潤濕性嚴重下降，從而降低焊盤的可焊性。

 

圖10 失效PCBA光焊盤切片SEM圖片

 

表4 失效PCBA光焊盤切片EDS譜圖數據（wt%）

 

圖11 PCB光板焊盤切片SEM圖片及EDS譜圖

 

表5 PCB光板焊盤切片EDS譜圖（wt%）

 

4.3 可焊性分析

 

對PCB光板進行可焊性分析，PCB光板部分焊點存在退潤濕的可焊性不良現象。隨后對退潤濕焊點進行切片分析，發現PCB光板焊盤退潤濕位置存在鎳腐蝕帶，并伴隨有鎳腐蝕坑存在，如圖12~13所示。

 

圖12 可焊性測試后圖片

 

圖13 退潤濕焊點切片圖片

 

結論

 

導致失效PCBA發生信號輸出異常的直接原因為：BGA芯片部分焊點存在NWO（No Wetting Open）失效，導致焊點發生間歇性接觸不良，致使信號輸出異常。

 

導致焊點產生NWO（No Wetting Open）失效的主要原因為：失效焊點焊盤鎳層存在嚴重鎳腐蝕，嚴重降低焊盤的可焊性，致使焊料與焊盤不潤濕，從而形成NWO（No Wetting Open）失效。

 

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