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【失效分析】汽車儀表盤閃爍

發布時間: 2024-08-19  點擊次數: 258次

失效分析案例

01問題描述

客戶反饋其生產的汽車儀表盤整裝出貨使用一段時間后出現屏幕閃屏的現象,故送測4個不良品和1個良品進行分析,以期找到失效的原因。

儀表盤主板



02不良信息確認

給不良品儀表盤通12V電壓,儀表盤屏幕不停閃爍,符合客戶所述之失效現象。

03失效現象分析

經客戶排查為背光芯片的Fault線路異常,該線路正常電壓為3.3V,不良品電壓偏低。Fault線路一端連接背光芯片,經R242電阻后,連通MCU芯片??蛻魧κМa品與良品進行了交叉替換驗證,發現不良跟隨PCB走。

1、交叉替換驗證背光芯片,不良仍然存在;

2、交叉驗證R242電阻,不良仍然存在;

3、交叉替換驗證MCU芯片,不良品上的芯片換到良品板后未出現不良,良品芯片替換到不良品上后未出現不良,將替換后樣品進行高溫高濕測試,不良PCB加良品芯片重新出現不良;

4、不良板烘烤或過爐后,不良不穩定,高溫高濕后,不良會重現。電壓偏低,說明該線路上某個位置漏電,導致電流變小,將不良品(NG2#)的R242(10KΩ)電阻更換為1KΩ電阻,通電后電流增加不良消失。



通過分析客戶提供的Layout圖,發現fault線路(圖中白線)上MCU芯片一端存在電氣間距過小的通孔,孔距約0.3mm(11.8mil),有發生CAF的風險。結合不良現象不穩定,高溫高濕后可能會恢復的特點,懷疑通孔位置發生了CAF導致漏電。

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04紅外熱點偵測



取NG1#,NG2#,NG3#,NG4#及OK品,給Fault線路單獨通電(3.3V),用紅外熱發射顯微鏡檢測后:

OK品,Fault線路上未發現漏電點;

NG2#,因將R242更換為1KΩ電阻,不良消失,未發現漏電點。

其它不良樣品,在懷疑的通孔位置均發現了漏電點:

NG1#,MCU連接的通孔與旁邊的通孔間異常發熱,存在漏電;

NG3#,MCU連接的通孔與旁邊的通孔間異常發熱,存在漏電;

NG4#,MCU連接的通孔異常發熱,存在漏電。

05冷拔+阻值量測

將OK品及NG1#,NG2#,NG3#的MCU芯片冷拔下來,之后割開兩個通孔的線路,使兩個通孔處于獨立狀態,用萬用表量測阻值。 




NG1#,兩孔間電阻為2.8KΩ左右,兩孔間微短路。

OK品,NG2#,NG3#量測兩孔間阻值為OL,未發現兩孔間短路。因為不良不穩定,冷拔芯片,PCB受力可能會導致不良消失。

將冷拔后的NG2#,NG3#做高溫高濕,短路重新出現(5KΩ左右),OK品做高溫高濕,未發現短路。


 06切片+成分分析

對NG1#的兩個短路通孔進行切片測試:



從切片結果可知,兩孔間有疑似銅絲的存在,存在短路風險;但是EDS測試沒有檢測到銅元素。因為銅元素處于玻璃纖維縫隙中,玻璃纖維的阻擋作用,以及EDS檢測厚度為1-2微米左右,導致較難檢測到銅元素。

 07絕緣阻抗測試

將OK品(冷拔后),NG2#(冷拔后),NG3#(冷拔后),NG4#通電后,放在高溫高濕柜中,隨時監測電阻。

NG4#不良不穩定,未進行冷拔。

測試條件:

OK品,通50V偏壓,100V測試電壓;

NG2#,通3.3V電壓;

NG3#,通3.3V電壓;

NG4#,通12V電壓;

高溫高濕:85℃,85%RH。



測試結果:

OK品,高溫高濕通電96h左右,兩孔間阻值一直是OL。

NG2#,高溫高濕通電48h左右,阻值為3KΩ左右,斷電后半小時,阻值恢復OL。繼續高溫高濕通電24h,其阻值穩定在5KΩ左右。

NG3#,高溫高濕通電60h后,阻值為KΩ級別,斷電后不久,阻值恢復為OL;改為常溫高濕(80%RH)繼續通電192h,期間量測兩次阻值,阻值均為OL。

NG4#,高溫高濕通電42h左右,閃屏現象穩定存在。

測試結果顯示:此PCBA板對水汽及電壓比較敏感,當嫌疑兩孔間一直保持高溫高濕及通電的狀態,兩孔間會發生微短路。

導電陽極絲(CAF)為極細的銅絲,不穩定,當冷拔受力后可能會造成斷裂,阻值不穩定。當遇到高電壓或者再次通電的時候可能會燒斷,因此斷電再測試阻值容易恢復OL。

08結論與建議

結論:

1.Thermal熱點分析發現,NG1#,NG3#,NG4#Fault線路上與MCU相連的通孔存在漏電現象;  

2.NG1#切片測試,在兩漏電的通孔間發現了疑似銅絲;       

3.高溫高濕通電結果顯示,此PCBA板對水汽及電壓比較敏感,當嫌疑兩孔間一直保持高溫高濕及通電的狀態,兩孔間會發生微短路。

建議:

1.優化失效區域的孔設計,對孔距<14mil(0.35mm)的通孔可增大間距,或者采用錯位排列的孔設計方式;



耐CAF性能由強到弱的次序為:錯位排列>緯向排列>經向排列

(1)CAF的發生主要是沿著玻璃紗束的方向進行,錯位排列可以對CAF的產生形成迂回作用,從而不容易發生CAF失效。

(2)緯向玻璃紗相比經向扁平疏松,樹脂的浸潤性更好,同時鉆孔的裂傷也會比經向的輕微,所以其耐CAF性能也好一些。

2.針對孔距<14mil(0.35mm)的通孔,當孔距無法調整時,應進行CAF實驗(參照IPC或JIS標準),根據實驗結果選用合適的板材,并嚴格管控鉆孔工藝。

3.根據相關文獻報道,玻纖裂紋是形成CAF的首要條件,因此裂紋長度決定其耐CAF性能。影響玻纖裂紋長度的主要有:1、PCB板材;2、鉆孔工藝;3、疊板結構等。

當面臨小孔距,有CAF風險時,需選用耐CAF的板材(最好選擇開纖布壓制成的板材),并對PCB疊板結構進行優化(減少7628的使用),嚴格控制鉆刀速度和鉆刀打磨次數。