室外LED显示器烧板失效分析

案例背景

1.不良品表面在LED分布中心点位置8*24处被烧糊碳化。

2.不良品表面被烧糊位置对应背面外壳有被熔化、裂纹。

正面图示

正面放大图

烧毁位置图

背面图示

分析过程

 

X-Ray检测

NG-1不良发生位置背面有横向及纵向电源线，头部位置为焊接点。

NG-2不良发生位置背面有横向及纵向电源线，头部位置为焊接点。焊接点脱落发生偏移。

说明：不良品烧毁位置位于两根电源线交叉处。被烧坏位置PCBA焊盘移位且变形。NG-2被烧毁位置电源线与焊接头分离。

回路阻抗及通电检测

选取NG-1 NG-2及OK显示屏进行测试比较：

 

NG-1

NG-2

OK-1

说明：不良品VCC-GND电源回路存在短路现象，电源启动保护动作，显示器不显示。

解体检测

NG-1解开后盖后PCBA背面状态：

取下GND跨接线后确认右边焊点状态（非端子部焊接一端）
 

说明：GND跨接线右端（印字上边框线边缘位置处）焊接点未发现规整的焊盘结构，且焊接点为60度斜向。

OK-2 样品解开后盖后PCBA背面状态：

GND跨接线右端焊点虚焊，焊点可轻推松开。此处无规整的焊盘结构，焊接处呈60度角，有刮擦的痕迹。

说明：从此产品的设计来看，推测PCBA背面的电源焊接线（三根,长2根，短1根）并非产品设计时所有，应为后期防止回路电流过大进行的追加变更。

NG-1 VS NG-2发生位置综合比较分析

NG-1不良位置分布图：

中心点位置8*24，位于电源接头焊接附近。

NG-2不良位置分布图：

中心点位置5*21,与电源接头焊接处重合。

说明：不良品发生不良的位置与电源接头焊接处靠近。

NG-1 VCC电源焊点处切片分析

 

VCC(5V)焊点扩大图

 

铜箔厚度测定

说明：

1.焊点与其正下方的GND通孔之间的阻焊层被破坏，内部有烧蚀的痕迹。

2.VCC端子铜箔下方和焊点正下方的GND通孔内有焊锡残留。

3.铜箔厚度测定结果参照上图。

OK显示屏 VCC电源焊点处切片分析

 

说明：

OK显示屏VCC电源端子焊点内部未发现烧蚀痕迹。

焊点与其正下方的GND通孔之间的阻焊层状态完好，VCC 5.0V焊点与正下方GND通孔的绝缘电气间隙为39.61μm（通过阻焊层进行绝缘）。（注：PCB行业内低压直流电源之间的最小设计绝缘电气间隙一般大于100μm）

VCC电源连接线回路电流测定

说明：此产品通过VCC电源线回路的电流为0.538A左右，工作电流较大。

NG-1 VCC焊点SEM观察

说明：

此位置VCC电源与GND通孔之间的绝缘电气间隙只有39.61μm，明显小于行业设计标准。结合烧蚀断面形貌观察，判断VCC与GND之间因绝缘电气设计间隙过小，导致出现电火花烧蚀。

OK-2 VCC焊点SEM观察

说明：OK显示屏VCC焊点SEM观察结果与其切片后的金相观察结果一致。

NG-2 VCC焊点位置EDS测试

说明：

根据以上各谱图位置的EDS测试结果及特征元素分析：

1.谱图1及谱图4处的残留物与VCC焊点的特征元素一致。结合形貌观察，判断此残留物为VCC焊点的锡因打火高温熔化后，破坏阻焊层溢出所致。

2.谱图8处EDS测试结果的特征元素与阻焊层一致。从形貌观察来看，阻焊层形态被破坏。

分析结果

原因分析：

1.不良品回路测试VCC与GND之间短路，通电测试LED显示器不显示。

2.不良品不良现象发生位置中心点NG-2与PCBA背面VCC焊点端重合。NG-1发生位置中心点距离PCBA背面VCC焊点端3个LED灯珠的距离，其不良的边缘到达VCC焊点处。

3.PCBA背面的三根电源线推测为客户为实施某种改善后追加的导线。

4.VCC焊点与其正下方的GND通孔之间存在电火花将焊锡熔化溢出到VCC焊盘下方及GND通孔内。

5.VCC与GND之间产生的电火花产生的高温通过PCB树脂层传到到PCBA的表面和背面，在有氧环境和室外风力的催化作用下引起局部起火烧焦、碳化。当故障达到一定程度，回路电阻下降，电源保护作用启动，显示器停止工作。

6. VCC与GND之间产生的电火花的原因为：

正常品测试此位置VCC与GND通孔之间电气绝缘间隙过小，为39.61μm，远小于PCB行业针对低压线路设计标准(大于100μm)（主要原因）；

阻焊层的绝缘性能下降（手工焊接时阻焊层被某种程度损坏或室外恶劣环境湿气进入等）；

分析结论：

VCC焊接端与其正下方的GND通孔之间产生电火花导致LED产生烧蚀故障。

改善方案

VCC（电源正极）焊接端子时选择避开其下方的GND导通孔。

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审核编辑 黄昊宇