失效分析丨電容什么問題會(huì)導(dǎo)致PCBA失效？

背景介紹

PCBA在老化階段及使用端均出現(xiàn)失效，經(jīng)過初步定位判斷PCBA上某個(gè)電容失效導(dǎo)致的。通過測試分析2pcs失效單板（PCBA1、PCBA2），3pcs失效單體電容（A電容、B電容、C電容）及未使用的單體電容，找出其失效根本原因。

測試分析

1 外觀檢查

對失效的單體電容和失效PCBA上懷疑失效的電容進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)失效單體電容外觀及懷疑失效電容外觀，未發(fā)現(xiàn)裂紋、刮傷等明顯異常，如圖1~2所示。

2 無損透視檢查

為確認(rèn)失效單體電容，失效PCBA焊接及內(nèi)部走線是否存在異常，利用X-ray對其進(jìn)行無損透視檢查，發(fā)現(xiàn)PCBA上懷疑失效電容附近走線，失效單體電容及懷疑失效的電容結(jié)構(gòu)未見明顯缺陷及異常，如圖3所示。

圖3 無損透視檢查典型形貌

3 電參數(shù)測試

為確認(rèn)失效單體電容及失效PCBA在板電容參數(shù)是否存在異常，對其進(jìn)行電參數(shù)測試，測試值如表1所示。

失效單體A電容、C電容接近短路狀態(tài)；失效單體B電容絕緣阻抗為17.57MΩ，明顯低于未使用的單體電容；失效PCBA上發(fā)現(xiàn)懷疑失效電容的阻值大小一致，懷疑失效的電容在電路中為并聯(lián)且失效PCBA上懷疑失效電容的阻值小于正常PCBA上同位置電容的阻值。

表1 電參數(shù)測試值

4 Thermal EMMI定位分析

利用Thermal EMMI熱點(diǎn)定位技術(shù)，對懷疑失效電容其中的一顆上電，確認(rèn)失效電容位置。發(fā)現(xiàn)失效PCBA上懷疑失效的電容存在異常熱點(diǎn)，說明該電容內(nèi)部存在漏電現(xiàn)象，其他電容未發(fā)現(xiàn)明顯的亮點(diǎn)，如圖4所示。

圖4 失效PCBA1 Thermal EMMI定位形貌

5 切片分析

為確認(rèn)失效單體電容阻抗異常原因，對失效單體A電容、B電容進(jìn)行切片分析。2pcs失效單體電容異常位置接近，都為最外層內(nèi)電極附近位置且保護(hù)層都出現(xiàn)了破損。因失效單體電容已經(jīng)被拆卸，不能確定保護(hù)層破損位置位于電容在PCBA上的方向及位置，需分析在板失效電容進(jìn)行確認(rèn)分析，如圖5~6所示。

圖5 A電容切片形貌

圖6 B電容切片形貌

6 SEM形貌分析

利用電子掃描顯微鏡對2pcs失效單體電容進(jìn)行SEM形貌分析。A電容空洞位置經(jīng)多次研磨后發(fā)現(xiàn)介質(zhì)層有明顯的破損現(xiàn)象及碎裂形貌，且周邊存在多處微裂紋。分析發(fā)現(xiàn)電容介質(zhì)層空洞為電容生產(chǎn)存在工藝缺陷導(dǎo)致的，為物料本身缺陷，如圖7所示；

圖7 A電容研磨后SEM形貌

B電容左側(cè)端電極存在開裂的現(xiàn)象且明顯多出一層，形貌與右側(cè)端電極存在明顯差異。經(jīng)EDS分析發(fā)現(xiàn)，多出的一層為Cu層，應(yīng)屬于電容在端電極工藝上存在缺陷，結(jié)果如表2所示。

表2 B電容EDS測試結(jié)果（wt%)

7 在板失效電容分析

前面分析可知：2pcs失效單體電容都出現(xiàn)了保護(hù)層及介質(zhì)層異常且異常位置接近一致，都為最外層內(nèi)電極之間存在裂紋，推斷為同一種失效模式。為確認(rèn)此種失效是否由外力碰撞或電容組裝過程中造成的，對在板的失效電容進(jìn)行驗(yàn)證分析。

分析結(jié)果顯示：失效PCBA上單體電容外觀無明顯的撞擊痕跡及損傷。電容失效的原因同樣為最外兩層內(nèi)電極存在微裂紋及端部存在介質(zhì)層空洞，裂紋位于電容在PCBA上的側(cè)面，結(jié)合外觀測試結(jié)果，可排除電容因外力撞擊導(dǎo)致的電容失效。

結(jié)論

電容失效的原因?yàn)樽钔鈱觾?nèi)電極存在多處微裂紋、介質(zhì)層空洞及破損。根本原因?yàn)殡娙荼旧泶嬖诿黠@的質(zhì)量缺陷。

建議：加強(qiáng)物料的來料檢驗(yàn)及破壞性物理分析（DPA）。

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