常见的一些失效分析案例分析:

环境可靠性试验故障分析,解决产品设计缺陷:

故障现象:试验样件常温运行正常,高温(+85℃)工作运行时屏幕“闪屏——息屏——正常闪屏——息屏”….循环。

分析方法:模拟样件实际工作状态,测量SOC IC表面温度达到112℃SOC IC材料规格温度工作范围105℃以下。

SOC表面屏蔽罩上追加高散热率硅胶散热材料,与金属外壳直接接触,起到降低SOC工作温度作用追加散热材料后,高温工作试验时SOC工作温度降低到103℃,低于SOC材料规格温度工作范围

要因确定:SOC高温条件下工作温度高于设计值,导致仪表闪屏——息屏….循环发生。

改善措施:SOC表面屏蔽罩上追加高散热率硅胶散热材料,与金属外壳直接接触,降低SOC工作温度。

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故障解析事例

PCBA组件类失效:BGA失效分析(1)

故障现象:功能间接性不良,按压BGA测试可OK。

分析方法:

1)切片金相分析:定位BGA失效点及失效现象:BGA外排焊点芯片焊盘处有裂纹

2)SEM分析:应力造成裂纹,IMC层厚度8Um以上,且呈零散状态

3)EDS分析: IMC层的元素组成分析,确定IMC的成分构成

4)组装工程应力分析:PCB分板采用手掰分离,存在较大的应力

要因确定:BGA焊球与基材的IMC层过厚,块状结晶,离散,造成连接强度弱,受到外部应力(P板分割形变)冲击导致焊点断裂。

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改善措施:1)BGA来料改善(BGA植球工艺控制,器件端);2)制程P板分割由手分割变更为走刀分割。

PCBA组装失效:BGA失效分析(2)

故障现象:某产品在市场端出现失效,经初步分析为基板上BGA不良导致(部分产品按压BGA后测试可通过)。

分析方法:

1)失效背景及数据分析

2)无损分析:显微镜,X-RAY

3)切片金相分析:定位BGA失效点及失效现象:BGA外排焊点与PCB焊接一侧有裂纹

4)SEM分析:有受到应力影响的痕迹;从IMC层断裂;IMC层最大厚度6.05Um

5)PCB-BGA匹配性设计分析:BGA节距0.8mm,PCB焊盘设计最大0.254mm,最小0.146mm,平均0.192mm。

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要因确定:PCB焊盘不符合0.8mm节距BGA设计标准,焊盘过小,导致焊点承受应力的可靠性不足,其中包含生成的合金层因热量过于集中而偏厚,以及后续使用过程中因热应力,机械应力影响而失效。

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改善措施:1)PCB焊盘设计:按照0.4mm设计改善;2)优化BGA回流焊接条件,将焊点的IMC厚度优化至适当范围内(1.0Um-4.5Um)

PCBA组装类失效:MLCC电容失效分析

故障现象:某产品在测试时出现间断性不良异常。

分析方法:

1)整机功能分析:通过电路及显微镜外观分析,定位失效点为ML CC电容失效

2)切片断面分析:电容切片断面显微观察,有应力裂纹,根据其特征判断,是收到外部应力所致

3)设计结构分析:a.失效电容的布局方向(纵向)与分割线垂直,且电极端距离板边缘0.11mm          b.外壳卡位距离电容电极仅0.11mm,卡位卡入时,瞬间的力度较大

4)工艺分析:PCB采用手分割,外壳卡入时无防止PCB变形的治具

要因确定:根据电容的裂纹特征,可以确定是基板变形应力导致,发生原因为PCB电容布局设计及外壳卡位设计不合理,造成电容电极端直接受到应力。

改善措施:PCB设计变更,电容由纵向布局,旋转90°变更为横向布局,避免应力对电的直接影响(提案)。

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切片金相分析:电容内部有微裂纹,延伸至电极片组,造成容值变换。裂纹痕迹应该符合应力损伤的特点,即从焊接末端呈约45°延伸。
应力分析:电容末端与组装件卡位距离仅0.11mm,与灯罩卡入位置仅0.2mm,组装时有很大的应力产生,直接作用于电容电极部位。

元器件分析案例:

元器件分析:DPA破坏性物理分析

应用对象:高可靠性,电子产品关键元件,使用量大的元件。

应用场景:物料评价,供应商评价,物料失效分析等。

分析目的:

1)主要以预防失效为目的,防止有明显或潜在有缺陷的元器批量性使用

2)评价和验证元器件的质量,确保采购渠道的正规性

3)确定元器件在设计和制造过程中存在的偏差和缺陷

分析流程:无损分析(外观,尺寸,材质,镀层,X-RAY检测,声学扫描)——破坏性分析(断面/平面研磨结构分析,芯片开封内部金线及焊接等分析,内部相关成分分析等)。

应用案例:某品牌芯片正品与市场品的DPA分析,内部金线结构相比有明显差异。

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元器件分析:元器件失效分析

部品解析:部品故障解析

故障现象:某芯片回流焊接后,本体出现明显裂纹。

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分析方法:

(1)异常品解体分析,内部分层

(2)平面研磨,内部各组分结构嵌合分析,存在明显空洞及微缝隙

要因确定:芯片内部存在大量的空洞、缝隙,有水汽残留,回流时水汽受热使本体破裂。

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改善措施:

(1)该芯片作为湿敏元件封装、存储,上线前烘烤后再投入使用

(2)更换可靠性高的物料

故障现象:某产品在客户端出现LED不亮异常。

分析方法:

(1)X-RAY检查:未发现异常

(2)开封分析:内部金线键合状态确认,未发现线断,键合不良等;

(3)断面研磨分析:金相未发现异常,利用SEM微观分析,晶元与银胶(底面)之间有微裂缝,呈应力损伤状态

  (4)  LED组装状态分析:LED平贴PCB面,引脚有弯折固定

要因确定:LED受到的组装应力较大,内部晶元在应力作用下出现微裂纹失效,导致LED不点灯。

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改善措施:LED与PCB的组装,LED底面距离PCB的距离至少2mm以上,不可平贴,减少LED插入弯脚时的应力损伤。


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