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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起火烧毁?!造成PCB腐蚀性短路真凶竟是它?

发布时间: 2025-05-25 00:00
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某型号热敏打印机在待机状态下突发烧毁,起火点位于内部主板区域。更换新设备后功能恢复,但需查明失效原因。检查样品包括烧毁整机、良品整机及主板,通过系统性分析,最终锁定故障根源为Cl元素引发的腐蚀性短路,以下是关键分析过程及结论。

起火烧毁?!造成PCB腐蚀性短路真凶竟是它?


1.外观检查&X-ray透视

外观可见烧毁打印机烧毁非常严重,主板板面尤其是边缘发生了明火燃烧,塑料外壳也燃起了明火主板边缘及塑料外壳存在明火燃烧痕迹,部分元器件(如L1电感、J3 FPC连接器)脱落,+8V4电源网络线路断裂,但FPC只有一侧明显烧伤。

外观检查&X-ray透视

外观检查&X-ray透视

外观检查&X-ray透视

外观检查&X-ray透视






外观检查&X-ray透视

外观检查&X-ray透视

外观检查&X-ray透视

PCB无单一烧穿点,整体呈现均匀过热现象,排除局部短路导致烧毁的可能。

外观检查&X-ray透视




3.拆板检查

烧毁区域集中于电源回路(VINPUT、INPUT、+8V4及GND网络),主板表面没有发现明显的铜箔熔化和PCB板烧毁坑或洞等小区域严重烧毁特征,主板板面呈现大面积过热现象,板边缘有明火灼烧痕迹。主板背面有长距离的烟熏痕迹。

烧毁整机剩余部分上可以观察到有一处烧毁最为严重,其大致对应+8V4网络脱落的部分所在位置。内部的透明塑料有明显的热影响区,但是未波及区没有烟熏痕迹。

拆板检查

拆板检查

拆板检查

4.供电回路残存元器件电参数测试

电源回路中D1二极管短路,U4芯片开路,其他元件阻抗或压降表现正常。U3芯片IV曲线正常,但转移到良品板上测试功能也正常,表明U3本身未损坏。

供电回路残存元器件电参数测试

供电回路残存元器件电参数测试

供电回路残存元器件电参数测试

供电回路残存元器件电参数测试

5.开封和切片

D1二极管晶圆过电流烧毁,U4芯片键合脱落,L1电感内部有过热迹象但焊接正常。主板PCB板断面无明显烧毁点,但靠近顶层的玻纤烧毁更严重。

开封和切片

开封和切片

开封和切片

6.电源板和良品主板上电测试

对打印机外部的电源板(设计供电电流5A)进行上电测试,发现其输出电压随着电流增大而降低,当输出电流到5.5A时,输出电压下降到11.68V,输出功率达到最大64W。取OK#1主板,从C18引脚引出导线连接负载,上电测试U3芯片的输出过电流保护能力,发现当U3输出电压应该是7V,而不是标称的8.4V。当输出电流达到5.5A时会触发过电流保护。当U3输出电流达到5.5A,输出电压快速下降,电压下降到2.8V左右,输出电流被切断,以此循环。

电源板和良品主板上电测试

电源板和良品主板上电测试

7.良品主板模拟试验

因烧毁主板上C19、C16消失不见了,假设它们存在短路,是否会引起烧板。在L1将JP1短接后打印机能否正常工作,此时若后端发生短路能否引起烧板。为验证上述假设,设计了如下试验:

OK#3主板,短接C19后,上电发生冒烟后起火,烧毁的元件为U3芯片,与烧毁整机情况不符。

OK#4主板,短接C16后,上电后未发生烧毁。电路短路保护启动。

OK#5主板,移动L1到烧毁主板上的位置,上电后指示灯正常亮;之后短接+8V4到GND,再次上电,未发生烧毁,电源输出功率最大22.6W,之后下降稳定在2.1W,这说明电路中短路保护已经启动。

良品主板模拟试验

8.整机模拟试验

OK整机#5,取下PTC,用电阻丝代替,并且将电阻丝接地,加电后,大量冒烟,最后电阻丝烧断前有明火产生,但未持续燃烧。试验后,拆开检查,PCB主板背面有烟熏痕迹,烟熏痕迹覆盖区域与失效样品的主板烧毁区域重合度较好。

整机模拟试验

9.烧毁主板PTC引脚处检查

因此推断PCB板上最初的冒烟起火点在PCB背面的PTC引脚处。图30中可见PTC的引脚孔处PCB板有明显的明火灼烧痕迹。对烧毁主板PTC引脚孔处进行放大检查。主板背面PTC引脚处发现有铜绿。铜绿是铜在潮湿的条件下铜、二氧化碳、水、氧气共同作用下生成的产物。铜绿的生成说明此处铜皮发生了腐蚀。通过EDS对该处铜绿进行成分测试,发现其中含有腐蚀元素Cl和Br,Br元素可能来自于助焊剂残留,铜绿临近区域也含有,而Cl元素则主要在铜绿处检测到。Cl元素的存在加速了铜绿的形成。因此可以推测PTC引脚处的PCB板应该存在含Cl元素的腐蚀性异物,含Cl元素的异物腐蚀了铜皮,导致PTC引脚对地线的短路烧毁。

烧毁主板PTC引脚处检查

烧毁主板PTC引脚处检查

10.总结

烧毁的打印机起火点在主板背面的PTC引脚处,在此处发现有铜皮腐蚀生成物铜绿,铜绿上检测到异常腐蚀元素Cl。

含Cl元素的异物腐蚀了铜皮,导致PTC引脚对地线的短路烧毁。




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