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(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(wèn)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(cè)試方法

圖2 測(cè)試點(diǎn)示意

經(jīng)觀察,該板各點(diǎn)所在網(wǎng)絡(luò)均通過(guò)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(cè)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(cè)試“01”網(wǎng)絡(luò)與“02”網(wǎng)絡(luò)間的絕緣電阻。

測(cè)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(cè)試,測(cè)試所得數(shù)據(jù)如表1所示:

表1 干燥后測(cè)試結(jié)果(單位:Ω)

測(cè)試結(jié)果如表1所示,在除去水分后測(cè)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(wàn)用表確認(rèn)完全斷開(kāi)),然后進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試,由于大焊盤與其相連孔環(huán)的斷開(kāi),此時(shí)測(cè)試結(jié)果即為右側(cè)的密集孔列區(qū)域的絕緣電阻,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2(考慮到絕緣電阻測(cè)試結(jié)果的波動(dòng)性,19-20位置引線并未處理,測(cè)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(cè)試結(jié)果(單位:Ω)

如表2所示,將測(cè)試網(wǎng)絡(luò)與大焊盤間引線割斷后,絕緣電阻測(cè)試結(jié)果均沒(méi)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(chǎng)下未能觀察到明顯的燈芯現(xiàn)象。另外,測(cè)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(cè)試,絕緣電阻測(cè)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(cè)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(guò)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(jiàn)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(kāi)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(kāi)窗后出現(xiàn)了掉橋的情況。

1.9 無(wú)阻焊情況絕緣電阻組成分

圖7 無(wú)阻焊情況孔間絕緣電阻的組成

在無(wú)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(méi)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。

1. 失效板經(jīng)150℃烘烤2h干燥后,測(cè)試絕緣電阻,測(cè)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;

2. 通過(guò)對(duì)比大焊盤與孔列間引線切斷前后絕緣電阻的測(cè)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(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(guò)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(guò)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。

1. 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);

2. 建議可通過(guò)放大孔環(huán)間距或者提高阻焊工藝能力來(lái)保證阻焊橋的制作,從而提高板的絕緣性能。