【失效分析】饮水机水泵死机

背景：客户反馈其生产的一款饮水机中的水泵使用一段时间后功能失效，不良率约为4%。失效现象不稳定，经客户排查，为主板功能失效。故委托实验室进行失效分析，找到失效原因。

分析结果： 

1．通过电测、电容重焊以及高温高湿实验，发现不良与主板表面离子迁移有关。

2．表面成分测试发现不良主板表面仅残留助焊剂，未发现异常元素。

3．该水泵所使用的锡膏未通过绝缘阻抗测试，锡膏助焊剂残留物造成离子迁移发生。

失效症状：水泵死机

失效形式：离子迁移

失效机理：水泵使用的锡膏未通过绝缘阻抗测试。产品在使用过程中，处于长期通电（5V）状态，易发生离子迁移。当转子被卡住时电流达90mA，更加恶化

改善建议：清洗主板，降低表面离子残留；更换抗绝缘劣化性能更好的锡膏

1. 问题描述 

客户反馈其生产的一款饮水机中的水泵使用一段时间后功能失效，不良率约为4%。部分不良品放一段时间（空气中常温环境下）或加热、敲打、去除塑封再测试，产品功能均可恢复正常。经客户排查，为主板功能失效，部分功能无法恢复的不良品，其R9，C1或R9，C2，或R7或R10两端阻值变小，故需重点分析。

2. 不良现象确认

（1）将样品接入5V直流电，不良品1#无反应拨动转子亦无法运转，不良品2#、3#需要拨动才能运转且不稳定，良品可稳定转动。

（2）万用表量测不良品1#的R9和C2两端阻值，为5.1Ω。理论值为5kΩ。

（3）板面有较多助焊剂残留。

3. 测试结果  

3.1电性量测与失效组件排查

将不良品1#通电，利用OPTO Thermal红外热成像显微镜观察整板的发热状况，并对元器件进行热点侦测，确认失效位置。

1） 将未转动的不良品1#接入5V电源进行热点侦测，发现顶部一排的晶体管未工作。C2和R9处于短路状态。

2） 将电容C2用热风枪取下，量测电容阻值，无短路现象。将取下的电容重新焊在不良品的PCB板上。用万用表测量C2和R9两端阻值，短路现象消失，阻值约为4.68kΩ。将水泵接入5V电源，水泵可运转，电流约为29mA。水泵负载电流规格为35±6mA。

综合客户所述不良现象及实验结果，不良符合离子迁移枝晶形成初期导致不稳定短路的特征，所以推测样品不良与主板表面的离子迁移有关。

3.2模拟实验

l   电容重焊后恢复正常样品（1#）

将恢复正常的样品1#悬挂在高温高湿环境下：

（1）   接入5V电源，持续通电约72h，未发现异常。

（2）人为使转子卡住，模拟样品未工作时的大电流状态。约42h后，拨动转子，样品无法运转，量测C2和R9两端阻值，再次短路。显微镜下查看，在R9附近发现离子迁移形成的枝晶。

3.3 表面成分测试

对1#不良品PCB表面进行成分测试，发现板面有助焊剂残留（C、O、Sn），未发现异常元素（Ti来自黑色塑封胶，Si、S元素来自于绿色阻焊）。

3.4 验证实验

l   锡膏绝缘阻抗测试

将产品所使用的锡膏进行绝缘阻抗测试，验证锡膏残留物在高温高湿环境的抵抗绝缘劣化性能。

在中温高湿（40℃，93%湿度）环境下，施加于标准片正负极间固定电压（100V），量测标准片正负极间在不同时间点的电阻值（共168h），从而判定锡膏的绝缘劣化倾向性能。电阻＜108Ω为失效。以下为绝缘阻抗测试曲线：

实验结果显示该锡膏未通过绝缘阻抗测试（参照JIS Z 3197:2012），在测试板发现有离子迁移造成的枝晶存在，已经短路。

4. 结论与建议：

4.1结论：

1．通过电测、电容重焊以及高温高湿实验，发现不良与主板表面离子迁移有关。

2．表面成分测试发现不良主板表面仅残留助焊剂，未发现异常元素。

3．该水泵所使用的锡膏未通过绝缘阻抗测试。锡膏助焊剂残留物造成离子迁移发生。

该水泵使用的锡膏未通过绝缘阻抗测试。产品在使用过程中，处于长期通电（5V）状态，易发生离子迁移。当转子被卡住时电流达90mA，更加恶化。

4.2建议：

1．清洗主板，降低表面离子残留。

2．更换抗绝缘劣化性能更好的锡膏，需符合相关国际标准。