基于PCB使用過程中燒線問題的探討

孫廣輝

汕頭超聲印制板公司

1 前言

在PCB售后服務工作中，有一項重要的工作就是判定PCBA的開路，如果簡單地采用萬用表測量是否開路就判定為PCB品質問題，那么誤判的幾率是相當高的，這樣也就為PCB廠家?guī)砹吮静辉摮袚呢熑闻c損失。我們在確認分析開路PCBA的過程中，遇到一類特別的開路現(xiàn)象“PCB線路被燒毀”，曾有手機貼片廠家的開路PCBA中有80%以上表現(xiàn)為該類現(xiàn)象，伴隨著PCB線路被燒斷的同時線路周圍的基材也呈現(xiàn)燒焦發(fā)黑的現(xiàn)象。在此把這類現(xiàn)象通俗地稱為“燒線”[1]，通過對該類現(xiàn)象的調查分析，筆者認為該類現(xiàn)象一定是由異常的大電流所引起的，那么在什么情況下會出現(xiàn)異常的大電流呢？本文將就此問題予以探討。

2 “燒線”實例及試驗驗證

2.1 “燒線”實例

對比通訊類與消費類產品，“燒線”現(xiàn)象發(fā)生在細間距的消費類HDI電子產品（如手機主板）上的幾率更高，說明與產品結構特點有一定的關系；筆者通過制作切片平磨，發(fā)現(xiàn)被燒毀的線路通常是從CPU引出（表1）。

表1 “燒線”圖片及網絡關系

2.2 PCB耐電流試驗驗證

考慮到PCB線路設計、制程方面的相關因素，為了檢驗線路的耐電流性能，我們通過設計以下試驗來驗證該類“燒線”現(xiàn)象同PCB制程的關系。

2.2.1 試驗方案

（1）分別設計線寬0.2 mm、厚度34.3μm及線寬0.125 mm、厚度18μm的線路；

（2）同時設計線路缺口及補線等具有線路缺陷的線路。

2.2.2 試驗結果

試驗結果匯總見下表2、表3：

表2 線路（0.2 mm，34.3μm）耐電流試驗結果

表3 線路（0.125 mm，18μm）耐電流試驗結果

2.2.3 試驗結論

從試驗發(fā)現(xiàn)，線路缺口有否或大小與正常板件對比沒有相關性，但與外加電流大小關系密切，當電流過大時極易出現(xiàn)線路燒焦、開路現(xiàn)象。

2.3 PCBA耐電壓試驗驗證

以手機測試為例，其測試電壓通常不超過4.3 V，為了進一步驗證PCB的耐壓情況，我們選取正常的手機主板嘗試以下試驗，發(fā)現(xiàn)在測試電壓過大時，會有元件被擊穿出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，但最終測量PCB線路并無異常（表4）。

3 原因分析

從前面試驗結果可以看出“燒線”現(xiàn)象與PCB制程因素無關，那么是什么原因導致PCB線路在后續(xù)過程中被燒毀了呢？筆者分析問題主要發(fā)生在以下方面。

3.1 焊接橋連

焊接橋連是SMT貼片過程中常見的缺陷[2]，橋連當然可以通過X-ray發(fā)現(xiàn)，然而在貼片后卻不一定能夠做到100%的X-ray檢查，那些沒有被發(fā)現(xiàn)的橋連PCBA便為后續(xù)線路被燒毀埋下了隱患。

在PCBA貼片完成后便會做功能測試，由于焊接橋連有短路現(xiàn)象（如圖1），短路處線路便會有異常的大電流通過，引起PCB線路的銅層被燒熔化，從而導致“燒線”開路。

圖1 BGA焊接橋連圖片

表4 PCBA主板耐電壓試驗結果

3.2 測試夾具的影響

在PCBA功能測試中，除了外加保護裝置以防電流突然過大對主板造成損壞外，曾有出現(xiàn)測試夾具制作不當，造成夾具與個別元件相連短路的現(xiàn)象，從而導致PCB線路被燒毀的案例（圖2）。

圖2 測試夾具的影響

3.3 靜電的影響

靜電放電對電子產品的危害是致命性的，尤其是越來越趨于集成化、小型化、智能化的電子器件對靜電是十分敏感的；同時由于靜電放電具有“隱蔽性、復雜性、潛在性、隨機性”的特點，使得SMT車間在防止靜電危害的工作顯得尤為關鍵和艱巨。

諸多研究者已證實靜電對器件有致命的損傷，并從如何消除靜電給出了很多好的建議[3]-[6]，本文在此不再贅述。

筆者曾遇到一些SMT工廠根本沒有完善的靜電防護措施，隨處可見員工任意裸手接觸和放置已完成貼片的PCBA，這些不規(guī)范的管理操作也就為靜電的積累及釋放埋下了隱患，從而造成元器件被擊穿短路，進而引起PCB線路被燒毀。

4 改善建議

從前面分析可以看出，PCB“燒線”現(xiàn)象實在與PCB的后續(xù)貼片、測試使用過程關系密切。那么該如何做才能盡量減少該類現(xiàn)象的發(fā)生呢？筆者建議在處理時考慮如下幾個方面：

（1）在PCBA功能測試時若發(fā)現(xiàn)異常比例的開路不良，尤其是定位性的開路，需要立即隔離待測品，詳細查找是否為測試夾具存在異常；

（2）針對異常網絡的焊點采用X-ray全面檢查，將發(fā)現(xiàn)的焊接橋連異常及時反饋貼片工序查找確切原因并有效改善；

（3）提前做好靜電防護措施，包括產品研發(fā)設計，濕敏元器件的存儲，貼片的工作臺面、工具、設備的接地處理，員工的規(guī)范操作等；

（4）作為PCB工廠在發(fā)現(xiàn)PCBA線路被異常燒毀時，有責任與義務第一時間將結果反饋貼片工廠，盡量在前端將責任損失降低到最小。

[1]黃彥輝. 門機變幅渦流電路燒線的原因及技術改進[J]. 港口裝卸, 1998.6:18.

[2]李成寧. 再流焊接工藝及缺陷偵斷[M]. 深圳：拓普達咨詢轉播有限公司, 2004.

[3]鄭泓. ESD對電子產品的危害及防靜電設計[J]. 應用技術,2010.22:47-49.

[4]錢濤. 有關電子通信產品的ESD防護設計分析[J]. 企業(yè)技術開發(fā),2011.12: 8-9.

[5]楊士亮等.微電子器件靜電損傷實驗[J]. 半導體技術, 2008.33(9):801-802.

[6]常天海等.移動終端的靜電損傷及其防護技術[J]. 科學技術與工程, 2010,10(25):6248-6250.