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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潮湿是电子产品的“隐形杀手”?一起PCBA烧毁“病例”

发布时间: 2026-02-04 00:00
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病例摘要


  • 某型号驱动板 PCBA

  • 上电后发生打火、短路,局部严重烧毁

  • 经历满载试验后,在高温高湿(>78%RH, >35°C)环境中存储约15天,转运后于通电静置期间突发故障。

在电子制造领域,产品在仓储周转后突发上电失效是常见挑战,这类失效往往原因隐蔽,常规检测难以定位,仿佛存在“隐形杀手”。

为查明根本原因并预防复发,本文通过完整的失效分析,系统揭示了由潮湿环境诱发“电化学迁移”,并最终导致电路热烧毁的完整失效链。



初检:外观与透视

样品送达实验室后,技术人员首先进行了外观检查。体视显微镜下,PCBA表面出现多处烧毁发黑痕迹,主要集中在连接器附近和个别电阻周围。

失效板卡及连接器外观检查结果
失效板卡及连接器外观检查结果

失效板卡及连接器外观检查结果

焊点与线路间可见明显碳化区域,部分焊盘周边出现异常暗斑。连接器表面也有过热灼伤迹象。

接着进行 X-Ray透视分析,检查内部结构。

失效板卡烧毁区域透视照片
失效板卡烧毁区域透视照片

失效板卡烧毁区域透视照片

发现烧毁区域的铜箔线路存在断裂或缺失,相邻区域则保持完好。烧毁附近的电阻电极结构呈现异常形貌——这说明烧毁不是随机发生的,而是沿电流路径扩展的。


 深入:表面与成分

电子扫描显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)进一步揭示微观真相。

在发黑的焊点之间,发现了大量含有铜、锡、碳、氧元素的物质堆积。这些物质呈现块状或枝晶状分布,是典型的电化学迁移(ECM)产物。

失效板烧毁区域表面微观形貌及EDS能谱图

失效板烧毁区域表面微观形貌及EDS能谱图

值得注意的是,即使在未烧毁的连接器区域,也发现了类似的锡铜类结晶物——这意味着整个PCBA表面可能已普遍发生电化学腐蚀。

失效板卡连接器区域表面显微形貌及EDS能谱图

失效板卡连接器区域表面显微形貌及EDS能谱图

如此剧烈的迁移反应通常需要极高湿度甚至凝露条件作为“催化剂”。工程师推断:板子可能不仅“吸潮”,更可能表面形成了微水膜。


 剖面:从表层到基体

为探明失效路径,实验室对烧毁区域进行了剖面切片分析。

在烧毁区,PCB基体出现高温熔融,甚至玻璃纤维(二氧化硅)也发生熔融,说明电流曾穿透表面绝缘层,在基体内部形成导电通道。

连接器焊点烧毁区域剖面形貌及EDS能谱图

连接器焊点烧毁区域剖面形貌及EDS能谱图

而在发黑区,腐蚀主要停留在表层铜箔,PCB基体未熔——说明不同区域的失效阶段不同,有的已发展到内部烧穿,有的仍处于表面漏电阶段。

连接器焊点发黑区域剖面形貌及EDS能谱图

连接器焊点发黑区域剖面形貌及EDS能谱图

最小电气间隙测量显示:烧毁最严重的区域恰恰是线路间距最小处(约347μm),符合设计标准但环境耐受性不足。


 失效机理还原

综合分析揭示了一个典型的“潮湿-腐蚀-漏电-发热-烧毁”链式反应:

  • 存储期间,PCBA在高温高湿环境中严重吸湿,表面可能形成凝露。上电后,水分与电场共同诱发离子迁移(主要为铜、锡离子),在电极间形成导电路径。

  • 漏电流引发局部发热,热量破坏环氧树脂表面绝缘层,漏电路径从板面转入PCB基体内部。玻纤层在持续高温下熔融,进一步降低绝缘性,形成 “漏电-发热-更漏电”的恶性循环,直至线路彻底烧毁。

  • 湿度是导火索,上电是加速器,而设计上电气间隙的临界性是内在风险因子。

 三条关键建议

若想避免类似失效,可从以下三方面着手:

  • 第一,优化设计余量:在布局允许的情况下,尽量增加最小电气间隙,尤其是高压或高频信号线路。

  • 第二,加强环境防护:对长期存储或高湿环境使用的PCBA,应采取防潮包装、添加防潮涂层或灌封处理。

  • 第三,规范除湿工艺:潮湿板卡通电前必须彻底除湿(如低温烘干),严禁在未除湿或除湿中途上电测试。


潮湿环境下的电子产品失效并非偶然,而是电化学、材料学与电路设计的综合体现。一块PCBA的烧毁背后,是一整套环境管理与工艺规范的警示!

你在工作中是否遇到过因潮湿引发的电子故障?你们团队是如何进行PCBA的防潮存储与处理的?



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