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pcba为什么会出现信号输出异常？

背景介绍

某pcba在生产完成后的老化测试中发现部分信号输出异常，而静置一段时间后则输出功能恢复正常，初步确认为某芯片某管脚输出存在异常，进一步测试分析，找出失效原因。

测试分析

1 电性能分析

对失效pcba进行电性能检测，以确定失效现象及失效位置，如下：

如在通电老化实验前后，失效pcba的失效芯片所有管脚的i/v曲线正常，无明显异常；将失效pcba的失效芯片及其附近加热到一定温度后，发现失效芯片a1管脚对应的线路呈开路状态；待温度恢复室温后，该引脚对应的i/v曲线恢复正常，重复加热、恢复室温，发现失效现象一致。

综上所述，失效pcba失效管脚存在间歇性开路失效现象，该失效现象需要达到一定温度才能触发，说明芯片或bga焊点可能存在间接性接触不良。

图1 老化前后、加热后失效引脚的i/v特性曲线

（蓝色为ok样品，红色为ng样品）

2 无损分析

对失效pcba进行外观检查、x-ray及ct等无损分析，以确认芯片以及bga焊点是否存在异常。

外观检查发现失效pcba失效芯片表面无明显异常；对失效pcba失效芯片进行x-ray分析，发现失效芯片内部结构无明显异常且失效位置对应管脚的bga焊点亦未发现明显异常现象存在；对失效pcba焊点进行ct扫描，发现失效pcba失效位置对应管脚bga焊点无明显异常现象存在。如图2~4所示。

综上所述，芯片内部结构以及bga焊点都未发现明显异常现象存在。

3 有损分析

3.1 de-cap分析

为确认失效样品的间歇性接触不良是否为芯片本身问题，对失效pcba进行化学开封。失效样品（开封后）加热前后的i/v曲线与开封前测试结果一致，说明开封未对失效位置造成影响，如图5所示；失效样品晶元表面整体良好，失效管脚对应的绑定线连接良好，如图6所示。

综上所述，失效应该与芯片本身结构无关，而可能与bga焊点质量有关，后续将进一步验证。

图5 开封后失效引脚i/v曲线图片

（蓝色为ok样品，红色为ng样品）

图6 典型开封后图片

3.2 切片分析

对失效pcba失效管脚对应的焊点进行切片分析，以确认bga焊点是否存在异常。

结果发现失效pcba失效管脚a1焊点存在nwo（no wetting open）缺陷，导致该管脚存在间隙性接触不良，导致信号输出异常，通过进一步观察，失效焊点焊盘端ni层存在明显镍腐蚀现象，如图7和表1所示。

图7 失效pcba失效芯片a1焊点切片sem图片

表1 ng-2失效芯片a1焊点切片eds谱图（wt%）

4 pcb焊盘质量分析

4.1 表面分析

为了进一步确认光板焊盘镍层质量，对失效pcba上的光焊盘和pcb光板焊盘进行剥金处理，然后分析表面状况。

如图8和表2所示，失效pcba上光焊盘（未焊接焊盘）存在严重的镍腐蚀现象，镍层p含量约为6.3wt%。

如图9和表3所示，pcb光板焊盘存在轻微的点状镍腐蚀现象，镍层p含量约为7.6wt%。

图8 失效样品光焊盘剥金后sem图片

表2 失效样品光焊盘剥金后eds谱图数据（wt%）

图9 失效样品光焊盘剥金后sem图片

表3 失效样品光焊盘剥金后eds谱图（wt%）

4.2 切片分析

对失效pcba上的光焊盘和pcb光板焊盘进行切片分析。

失效pcba光焊盘以及pcb光板焊盘都存在严重的镍腐蚀现象，如图10、11，表4、5所示。镍腐蚀的存在会导致焊盘的润湿性严重下降，从而降低焊盘的可焊性。

图10 失效pcba光焊盘切片sem图片

表4 失效pcba光焊盘切片eds谱图数据（wt%）

图11 pcb光板焊盘切片sem图片及eds谱图

表5 pcb光板焊盘切片eds谱图（wt%）

4.3 可焊性分析

对pcb光板进行可焊性分析，pcb光板部分焊点存在退润湿的可焊性不良现象。随后对退润湿焊点进行切片分析，发现pcb光板焊盘退润湿位置存在镍腐蚀带，并伴随有镍腐蚀坑存在，如图12~13所示。

图12 可焊性测试后图片

图13 退润湿焊点切片图片

结论

导致失效pcba发生信号输出异常的直接原因为：bga芯片部分焊点存在nwo（no wetting open）失效，导致焊点发生间歇性接触不良，致使信号输出异常。

导致焊点产生nwo（no wetting open）失效的主要原因为：失效焊点焊盘镍层存在严重镍腐蚀，严重降低焊盘的可焊性，致使焊料与焊盘不润湿，从而形成nwo（no wetting open）失效。

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