PCB阻抗降低失效分析

一、案例背景

 

PCB发现有阻抗降低的情况，经排查，排线插座1、2pin之间绝缘阻抗异常明显，异常值为5KΩ左右。本篇文章对失效样品采取阻抗测试、PCB清洁等分析手段，最终确认失效原因。

 

二、分析过程

#1样品失效现象确认

在对1、2pin进行阻值测试前，已将对外的电路线隔断，形成了一个完全隔离、消除干扰的非导通区域，故理论上1、2PIN之间的电阻值应为∞。

 

1）排线插座1、2PIN之间电阻实测3.67KΩ。

 

 

2）将排线插座取下（剪切）后，测试1、2pin孔位，电阻实测2.583KΩ。

 

 

3）对紧贴PCB部分的塑胶面（取下后的插座）进行测试，实测电阻值11.31KΩ。

 

 

4）将焊接端插座剪断后，测试另外一端的1、2PIN，实测电阻值为∞。

 

 

测试结果

从上记确认现象可见，排线插座（底部）、PCB板面（孔之间）存在绝缘电阻降低的现象。将紧贴PCB的插座剪断后，电阻值回复正常。

 

#2样品PCB部分清洗后确认

PCB清洗方法：

1）1、2PIN连接线路割断，形成隔离。

2）取下电阻值异常样品的插座，测试1、2PIN之间的电阻值为6.77 KΩ

 

 

3）使用无尘布沾异丙醇，对PCB插座位置进行两面清洗，将板面上的可见物清洗干净后吹干，再次测试1、2PIN之间的电阻值为∞。

 

 

测试结果：失效位置清洗后，不良现象消失，说明该区域可能有导致降低阻抗的物质附着。

 

SEM分析

1）对#1样品取下的插座胶壳进行SEM表征分析——紧贴PCB的一面（阻抗低）

 

 

 

2）对#2样品取下的插座胶壳进行SEM表征分析——紧贴PCB的一面（阻抗低）

 

 

测试结果：通过SEM分析发现，#1、#2样品胶壳表面均附着大量的助焊剂残留物，残留物形成铺展、连通的状态。

 

EDS成分分析

1）#1胶壳表面成分分析（点扫）：发现#1插座胶壳以C、O元素为主，并在多个位置检出Sn元素，最高含量为7.53%，说明两个端子之间分布有微量的Sn元素。

 

 

2）#1胶壳表面成分分析（面扫）：下图红框内的两个位置，均有明显的Sn元素分布。

 

 

 

3）#1PCB表面成分分析（点扫）：

PCB表面油墨O、C的比例约为6:19，实际测试数值为1:2，多出的O元素应来自于附着物（助焊剂残留物）。

并在多个位置检出Sn元素和Cl元素，最高含量分别为2.16%、0.41%。

 

 

 

4）#1PCB表面成分分析（面扫）：下图红框位置均有明显的Sn元素分布。

 

 

三、分析结果

结合上记分析信息，判断导致PCB阻抗降低的原因为排线插座DIP焊接时，残留的助焊剂过多。

助焊剂残留物在吸湿状态下，会释放活化剂，当端子之间存在电势差时，易发生漏电，严重则会导致短路，甚至出现腐蚀现象。残留物中的Sn，在电场、湿度及时间的作用下，一方面会降低表面阻抗，另一方面也可能会形成迁移性腐蚀。

推测Sn元素的来源可能有两种 ——

1、DIP波峰表面的氧化锡，因无法熔化（熔点为1630℃）与Sn结合，随着助焊剂一起析出至孔表面；

2、焊接时，波峰过高或PCB浸入过深，导致焊锡通过孔溅入表面。

 

四、改善建议

 

DIP焊接工艺

优化现行DIP焊接工艺，如助焊剂喷雾量、波峰高度以及波峰表面氧化物的及时清除等，一方面减少助焊剂残留，另一方面也减少Sn进入基板表面的量；

 

基板清洗方式

现行采用毛刷擦拭清除的方式隐患较大，建议改善基板清洗方式；

 

PCB防护

若PCB组件应用会涉及到湿度或温度较高的环境，建议考虑采用性能较好的三防漆进行防护。