PCB一種漏電流失效分析技術(shù)案例分享

圖1 樣品外觀

1.1 初步分析

對于失效板漏電流超標情況,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體間距、阻焊介電能力。

1.2 絕緣電阻測試方法

圖2 測試點示意

經(jīng)觀察,該板各點所在網(wǎng)絡(luò)均通過字符標示,所以實驗采用在相鄰兩網(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,充電時間300s。

1.3 干燥前后的絕緣電阻分析

樣品接收后,進行了150℃、2h烘烤,除去水分后進行了“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均漏電流超標,因而排除PCB吸潮情況導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所示該板有兩個位置存在絕緣性較差的風險,一個是左側(cè)的各個大焊盤區(qū)域,另一個是右側(cè)的孔列區(qū)域。針對這兩個位置的分析,將左側(cè)大焊盤以及與其相連孔環(huán)間的導線用小刀割斷(萬用表確認完全斷開),然后進行絕緣電阻測試,由于大焊盤與其相連孔環(huán)的斷開,此時測試結(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,各點均漏電流超標。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(此時由于阻焊保護,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的導體間距決定。

1.6 孔列區(qū)域分析

對孔列區(qū)域進行取樣,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,當達到間距0.4mm以上時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)層導體間距(即孔壁間距)過小導致。

1.8 驗證板與失效板比較

驗證板相關(guān)特征信息與失效板比較見表4:

表4 驗證板相關(guān)特征信息與失效板比較

如表4所示,對比驗證板與失效板,可發(fā)現(xiàn)主要的差異點在于阻焊開窗工藝。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(此時由于沒有阻焊保護,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,在失去阻焊保護的情況下,板材面電阻參與并聯(lián),孔間絕緣電阻下降。

1. 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)計的漏電要求。因而排除板吸潮導致絕緣性能下降的可能;

2. 通過對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;

3. 針對孔列位置進行了以下排查:

①內(nèi)層導體間距: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)等效實驗確認該間距下絕緣性能良好,且因而排除內(nèi)層導體間距過小導致絕緣性下降的可能;

②外層導體間距: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,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,最終導致了漏電超標的情況。

1. 失效板制作時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,最終導致該板絕緣性能較差,漏電超標;

2. 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。