印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
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明明装了防水膜和密封圈,还是进水了!水汽是如何一步步烧毁PCBA的?

发布时间: 2026-08-24 00:00
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电动汽车低速行驶时,会通过低速报警喇叭向外发出警示音,以此提醒周边行人注意车辆。该部件分别安装于车头与车尾,也被称作电动汽车的 “发声喇叭”。

某批次产品在实际使用中出现 “失声” 故障:车头端的低速报警喇叭无法发声。拆解后发现,PCBA 电路板表面存在明显腐蚀痕迹,初步怀疑是水汽侵入引发。该喇叭安装位置靠近轮胎,距离地面仅 20cm,雨天行车、洗车、途经积水路段等场景下,水汽、水雾极易接触产品。

可该产品在设计上已配置防水透气膜与密封圈,理论上应当具备防护能力,水汽究竟是如何侵入内部造成腐蚀?客户送来 8 件失效样品,希望查明水汽入侵路径与腐蚀产生的根本原因。

带着这一疑问,分析团队对样品开展逐层拆解,启动失效溯源工作。


第一步:外观检查——肉眼可见的线索

首先对样品进行光学检查,很快浮现出几个关键现象:

  • 连接器位置有明显腐蚀痕迹,腐蚀物呈浅蓝色,外壳凹槽位置的塑胶存在破损痕迹;

失效样品腐蚀区域观察照片

失效样品腐蚀区域观察照片

  • 打开外壳后,内壁可见疑似液体残留痕迹;

  • PCBA上屏蔽盖局部及贴片电容位置存在明显腐蚀,腐蚀物同样呈浅蓝色,贴片电容甚至出现烧毁发黑现象。

失效样品腐蚀区域观察照片

失效样品腐蚀区域观察照片

腐蚀、液体残留、烧毁——这三个关键词初步勾勒出失效的轮廓:有液体进入,有电化学腐蚀发生,有元器件烧毁。但水是从哪里进来的?腐蚀物是什么?还需要进一步分析。


第二步:表面分析——腐蚀物的“身份鉴定”

利用扫描电子显微镜(SEM)配合能谱仪(EDS)对腐蚀位置进行形貌观察和成分分析:

  • 连接器凹槽内的浅蓝色腐蚀物含有C、N、O、Na、Mg、Al、Si、Fe、Sn、Cu、Zn等元素,其中Sn、Zn、Cu金属元素偏高;

  • Pin针周边腐蚀物探测到C、O、Na、Mg、Si、K、Sn、Ca元素,塑胶表面探测到C、N、O、Si元素,说明腐蚀物位置的Na、Mg、K、Ca为异常元素;

  • PCBA贴片电阻表面探测到C、O、Na、Al、Si、S、Cl、Ag、Sn、Fe、Ni、Cu、Zn元素,其中Na、Cl为异常元素,PCB表面浅蓝色腐蚀物探测到C、O、Al、Si、Sn、Ba、Ni、Cu元素。

Na、Cl、Mg、Ca——这些不是电子元器件自身的成分,而是来自外界环境的污染物。盐类、灰尘、道路融雪剂……这些元素的出现说明外界环境介质已经进入了产品内部。


第三步:FTIR分析——有机物的“指纹比对”

无机成分清楚了,有机物呢?利用傅里叶变换显微红外光谱仪(FTIR)对腐蚀物进行分析:

  • 浅蓝色腐蚀物主要成分由松香及其锡盐副产物、金属氧化物等混合物组成;

浅蓝色物质红外谱图

浅蓝色物质红外谱图

  • 白色颗粒物的主要成分是尼龙——这很可能是外壳材料或密封圈的碎屑。

白色物质红外谱图

白色物质红外谱图

FTIR的结果进一步确认了腐蚀物的复杂组成:既有焊接残留物(松香及锡盐),又有结构材料碎片(尼龙)。


第四步:剖面分析——深入“内部”看真相

至此,已经知道了“有什么”,但还不清楚“怎么发生的”。切片分析是揭示失效机理的关键手段,将连接器Pin针位置和PCBA电容腐蚀位置分别切片后进行SEM观察。

连接器Pin针位置的切片揭示了一连串严重问题:

  • 外壳凹槽塑胶普遍存在破损,破损处可见Pin针表面腐蚀,腐蚀物已扩散到凹槽内壁;

失效样品连接器Pin针位置切片后光学观察

失效样品连接器Pin针位置切片后光学观察

  • 局部观察到枝晶形貌——这是金属离子在电场作用下迁移、沉积形成的典型电化学腐蚀特征;

失效样品连接器Pin针位置切片后SEM形貌图

失效样品连接器Pin针位置切片后SEM形貌图

  • 腐蚀产物中再次确认Na、Cl、Mg、Ca为异常元素;

  • Pin针与塑胶之间存在明显的界面分层,分层处镀层已被腐蚀。

失效样品连接器Pin针位置切片后SEM形貌观察图

失效样品连接器Pin针位置切片后SEM形貌观察图

PCBA电容腐蚀位置的切片则显示:

  • 贴片电容的铜电极层被严重腐蚀,同样观察到枝晶;

失效样品PCBA电容腐蚀位置切片后光学观察

失效样品PCBA电容腐蚀位置切片后光学观察

  • 电容内电极呈现开裂形貌——这是腐蚀后漏电、局部过热烧毁的典型表现。

失效样品PCBA电容腐蚀位置切片后SEM形貌观察图

失效样品PCBA电容腐蚀位置切片后SEM形貌观察图

到这里,失效的机理已经基本清晰:外界液体携带Na、Cl等腐蚀性介质进入产品内部,在Pin针之间和PCBA上形成导电通路,导致绝缘电阻下降、漏电异常,最终烧毁元器件。

但还有一个核心问题没解决:水到底是从哪里进来的?


第五步:CT与内部检查——“透视”密封结构

利用工业CT对样品进行无损检测,结果令人警觉:

  • 卡扣位置密封圈两侧存在缝隙;

样品CT图片

样品CT图片

  • 防水透气塞盖位置与外部相通,灰尘、水分可以直接进入;

  • 防水透气塞的密封圈装配不平衡——一侧压缩变形大、一侧小。形变小的一侧,在低温下密封圈收缩后,极有可能出现缝隙。

样品CT图片

样品CT图片

拆开防水透气塞后,光学检查进一步证实了CT的发现:

  • 密封圈上、下、侧面布满灰尘,密封圈与壳体接触的位置同样有灰尘,灰尘能进去,水更能进去。

样品防水透气塞光学图片

样品防水透气塞光学图片

  • 而防水透气膜本身分为两层:外层是聚四氟乙烯(PTFE) ,比较细密;内层是PET聚酯无纺布,孔隙较大。

样品防水透气膜光学图片

样品防水透气膜光学图片


第六步:染色试验——最直观的“验水”手段

为了直观验证进水路径,分析团队采用了红墨水染色试验。将样品置于红墨水中,抽真空处理30分钟后取出烘干,拆开观察:

  • 壳体内部和PCBA均有红墨水进入,PCBA上红墨水集中的位置正好在防水透气塞附近;

  • 连接器位置同样有红墨水,顺着Pin针与壳体之间的缝隙进入;

  • 防水透气膜内层变红——红墨水已经穿透了防水透气膜;

  • 而卡扣位置的密封圈表面和壳体表面未见红墨水痕迹——说明这个位置的密封效果尚可。

染色试验用最直观的方式锁定了两条进水路径:连接器Pin针与壳体之间的缝隙,以及防水透气膜本身。


第七步:防水透气膜分析——PTFE为何“失守”?

防水透气膜采用的是PTFE(聚四氟乙烯)。这种材料具有极低的表面能,正常情况下是疏水的——水滴无法穿透其微孔结构。

  • SEM观察发现,防水透气膜表面有大量颗粒物,成分包括C、O、Si、Na、Mg、Al、S、Cl、K、Ca、Ti、Fe——这又是一份“外界污染物”的清单。

关键问题来了:PTFE的疏水表面被污染物覆盖后,表面性质会发生改变——从疏水变成亲水。一旦失去疏水特性,防水透气膜就不再“防水”了。


第八步:验证分析——亲水后的“透水”有多快?

为了验证这个判断,分析团队做了几组简单的透水试验:

  • 在防水透气膜表面滴自来水:2.5小时后水滴消失——不是挥发,而是渗入了膜内部。第二次试验,1.5小时就消失了,时间逐渐缩短。

  • 滴红墨水:1分钟内红墨水就浸入了膜内部。

样品红墨水渗透试验图片

样品红墨水渗透试验图片

样品红墨水渗透试验图片

第一次能防住,不代表永远能防住。 PTFE表面一旦被污染物覆盖失去疏水性,防水功能就会不可逆地丧失,而且渗透速度会越来越快。


失效原因

综合以上所有分析,该产品失效的原因可以归结为两条进水路径:

路径一:连接器位置

外壳凹槽内壁偏薄,使用过程中开裂破损,或者注塑本身存在缺胶或缝隙缺陷;同时Pin针与外壳发生分层,形成空隙。外界水分及含Na、Cl、Mg、Ca的污染物从这些路径进入,腐蚀Pin针,腐蚀物布满凹槽内壁。在潮湿环境下,这些腐蚀物导致Pin针之间绝缘电阻降低甚至漏电异常,喇叭失效不发声。

路径二:防水透气塞位置

防水透气塞中,PTFE防水透气膜表面被污染物覆盖,失去疏水性,不再防水;密封圈装配不平衡,形变小的一侧在低温收缩后产生缝隙。水分从防水透气膜和密封圈缝隙进入壳体内部,腐蚀PCBA上的贴片电容和贴片电阻,导致功能异常。


改进建议

  1. 增加连接器凹槽位置的塑胶厚度,改善注塑工艺,避免缺胶和开裂;

  2. 优化防水透气塞的密封结构设计,确保密封圈压缩量均匀;

  3. 考虑对防水透气膜增加防护,避免表面被污染物覆盖而失效;

  4. 加强气密性检测,将染色试验或气密性测试纳入出厂检验流程。

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