一种印制板开路故障分析

张国荣 苟辉 陈金文 李冬

摘要：本文主要通过对一种印制板开路故障进行分析，通过网络排查、X-ray、金相切片分析等多个手段进行排查，发现印制板开路的根本原因，从用户使用角度对该问题提出有效建议，可有效避免同类故障的再次发生，分析方法对同类开路问题有指导性意义。

关键词：印制板；故障；开路；失效分析；重大外力

1 引言

经过几十年的发展，机载电子产品已经形成很大规模，印制板作为其中一种硬件发挥着很重要的作用。为适应目前的形式，印制板的设计需要向着更细、更小、更密的方向发展，对生产设备和检验设备提出更高的要求。印制板出厂之前严格参照国军标，经过层层检验装机之后，在客户使用过程中还是会出现各种故障，其中包括印制板本身生产的问题，也有因使用不当造成的故障，造成很大的经济损失。本文通过对一种印制板因使用不当造成的开路故障进行分析，定位失效原因，制定对应的纠正措施，规避类似问题的再次发生。

2.故障确认

客户报告某模块加电测试初始化失败，返回单位维修。经过一系列缜密推断，发现该模块里硬件印制板发生故障，对故障位置标识A、B（A 点为BGA 焊盘边接过孔、B 点为SMT焊盘连接过孔，过孔为0.25mm）。

2.1外观确认

对故障印制板进行目视外观检验，发现A点和B 点过孔环宽满足国军标；过孔与焊盘连接线条，连接良好，无明显裂开；阻焊油墨覆盖良好，但是在B点相邻位置的安装孔边发现基材发白，阻焊油墨出现多处裂纹，见下图。

图1外观图

2.2网络确认

核实故障位置网络布局图，由图2可以看出该网络布局简单，仅通过第四层一根导线和对应两个过孔将A 点和B点连接起来。使用万用表对印制板对应控制网络进行测试，测量结果：A点与B点开路，阻值无穷大 ；A点对孔阻值合格，阻值0.7Ω；B点对孔阻值合格，阻值0.6Ω；A点焊盘到过孔阻值合格，阻值0.6Ω；B点焊盘到过孔阻值合格，阻值0.5Ω，确认印制板A点到B点开路。使用万用表进一步确认发现印制板故障是由于A点与B点之间开路导致。

图2内层网络图

3.故障分析

依据以上确认结果，猜测印制板A点到B点开路可能出现在三个位置：① A点孔线互联位置裂开；② L4层线断开；③ B点孔线互联位置裂开。进一步对三处位置进行分析。

3.1 X-ray确认

使用X-ray宏观观察三处断裂情况，按内层网络走线图从对过孔进行确认，未发现异常，对局部线路X光确认，未发现线路异常。

3.2金相切片分析

使用印制板常见故障分析手段--金相切片进行进一步分析，对A点和B点过孔进行切割取样，使用镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段获得竖直和水平金相结构。对三个可能出现故障位置进行金相切片分析。

3.2.1垂直切片

对A点过孔和B点过孔经截取切样灌满封胶后，封垂直于板面方向所做的纵断面切片进行垂直切割确认，发现L4层A点过孔与内层线互联处连接良好，未见明显裂纹，且该线条厚度32μm、对应孔壁铜厚30μm，满足印制板GJB362C-2021要求，（标准要求内层1oz铜线条厚度不低于，孔壁铜厚平均28μm，最低不低于25μm）。L4层B点过孔与内层线互联处连接良好，连接处线条厚度32μm、孔壁铜厚30μm，满足印制板GJB362C-2021要求。A，B两处孔线互联处均连接良好，未见异常，切片图见图3。

  

A点过孔切片图                        B点过孔切片图

图3 过孔切片图

3.2.2水平切片

通过对过孔竖直切片的确认，未发现异常，继续对过孔进行水平研磨，通过水平切片也可看到除胶渣、孔铜厚度、钻孔粗糙等异常情形。谨慎研磨，从L1 层往下研磨，磨穿L3 层时观察，发现L4 层线路有贯穿性裂纹，基材同步褶皱裂纹，从安装孔边裂纹至L4 层线路，切片图见图4如下：

图4水平切片

3.5原因分析

综合以上对故障PCBA 的确认，此次开路异常是在外观检查安装孔发白位置，L4 层连接A点到B点之间线路断开导致。裂纹起始于安装孔一边，向导线方向延伸，划痕痕迹明显，分析裂纹产生原因，可能是在安装或拆卸该产品时，此处安装孔受到重大外力，导致安装孔位置受力裂开，延深到线路造成开路。

3.6纠正措施

针对以上原因分析，该印制板开路原因是作用在安装孔上的重大外力导致基材和线路裂开，使用中的作用力包含安装、拆卸和其他误操作的力，在交付用户产品时，需明确告知用户印制板使用方法，严格规定印制板所能承受的最大外力、告知用户在使用印制板过程中严格使用规定器具、力度去操作，避免不必要的损失。同时告知用户常见的印制板故障类型及避免故障的简单易操作方法，和印制板使用注意事项，避免此类故障和其他可能故障的发生。

4.结论

本文主要通过对一种印制板开路故障进行分析，通过网络排查、X-ray、金相切片分析等多个手段进行排查，发现印制板开路的根本原因，作用在安装孔上的力过大殃及旁边经过的线路，导致A点至B点网络断开，最终影响某模块加电测试初始化失败。从用户使用角度对该问题提出有效建议，可有效避免同类故障的再次发生，分析方法对同类开路问题有指导性意义。产品的成功运行离不开每一个配件的高质量交付，小到一个元器件，大到一个整机，环环相扣，只有高质量交付每一个产品，才能为产品整个生命周期的保驾护航。

参考文献：

[1]杨维生. 多层微波网络用印制板制造研究.微电子学与固体电子学,2005-03.

[2]赵德耀. SMT多层印制板.微电子学与固体电子学,1994-03.