新品双85测试失效分析与改善

这是一款降本方案的智能马桶旋钮组件，一个很简单的线路板，一个按键两个霍尔，几个指示灯。但是就是这样一个简单的板子，在做双85测试的时候却多次失效了，客户都差点失去信心了。

先简单介绍下这个产品的情况：
1、这是一个轻智能马桶上的已旋钮组件，通过左右旋转（带自复位）、中间按键单击、双击、长按等实现与主板的功能交互；

2、无程序无单片机系统；

3、多个双色指示灯，用于做氛围灯和提示灯，可实现三色切换、呼吸灯效等灯光效果；

刚开始开发的时候，线路板的接线端子使用的是间距2.0mm的7P贴片连接器，如下图所示：

早期的功能验证测试都很快，项目很快进入了可靠性测试，但是问题出现了，双85测试（高温85℃、85%湿度加速老化测试324H），5个样品，其中一个在168小时的时候失效了，表现为外接引脚对地短路了，导致产品功能失效，测试NG。

这款产品因为有防水需求，所以图示这一个在装配后是需要灌胶的，选用的是1：5 的环氧树脂双组分胶进行封管，这个胶也一直在用，之前并未出现异常，所以这个项目上也就自然而然的沿用了这款封灌胶了。

产品双85老化测试失效后，对异常品进行分析，端子线4-5脚短路了，其中第5脚是地，第4脚是霍尔信号输出引脚，默认高电平，动作时输出低电平。短路后，相当于霍尔一直是动作的，导致旋钮对应的霍尔开关功能失效了。

拆解分析时，当将下图所示的位置的环氧树脂胶清除清除后，故障消失了，之后无论如何操作均无法再现。

结合双85测试条件的高温高湿的情况，首先怀疑是否防水措施失效了，导致水汽进入线路板后侵蚀线路板造成失效了，但是实际分析的时候，线路板完好，未见明显的水汽侵蚀现象。难道是线路板有毛刺或异物？或者是贴片过程中的残留物，导致在高温高湿老化过程中，发生了某些化学反应，导致线路板这个问题的绝缘电阻下降甚至短路？

首先想到的是这个问题，于是，在封灌胶前，增加了一道刷三防漆的工序，并且贴片后对线路板进行清理，确保线路板无杂质残留。并复测双85老化测试。

很不幸，又是一百多个小时，又有一个产品失效了，这次是5~6脚短路了，这次短路的不是在贴片段子一侧，而是在线路板端的排线插件端子一侧，也是对地短路，只是这次短路的不是霍尔信号引脚而是轻触开关的信号引脚对地短路了。这个引脚正常情况下也是高电平，按下时输出低电平，失效表现为轻触按键无功能。

异常分析的时候，也是将排线端子底部的封灌胶清除后，故障自己就消失了。

至此，问题点其实已经很明确，既然都是这个端子的问题，那干脆把这个端子去了，直接改为焊接的工艺不就好了？说干就干，重新画板，插件端子改焊接，如下图：

风风火火的打样测试验证，很郁闷的事情再次发生了，高温高湿老化测试做到200+小时的时候，又失效了而且还出现了2pcs，表现为霍尔按键短路，现象和第一次出现的异常一样。很是无奈，自能耐下性子继续分析呗。但是客户已经很着急了，因为客户觉得这是一个很简单的线路板啊，你们是有都么的糟糕，一个老化测试测试了这么久还失效了，是不是问题的根本原因都没有找到？

其实这个时候问题已经很明显了，基本可以确定跟封灌胶的关系是比较大的，但是这个时候更换封灌胶？能确保替换后的封灌胶能不出问题吗？新引入的胶水都没有批量过，大家心里更是没有把握了。那既然不更换封灌胶，那如何是好呢？

先分析这次的不良吧，看下和之前的NG现象是否真的一样。第一个问题点还是先看下改焊盘位置的是否存在短路，加热拆胶，把整个焊盘附近的封胶都拆除了，故障还是一样的。还是短路。那么说明这次异常的问题点跟之前的是完全不一样了，这是一个新的不良。客户一看，心里更着急了，这还没完没了？估计客户已经在盘算着还要不要继续和公司合作了吧。

但是事情还是得继续下去，于是继续拆解，往对应得失效得霍尔的方向一步步拆解下去，把整个打胶一侧的线路板的封灌胶都拆了，问题还是一样，短路（对地电阻3.9欧姆）。完了，难道不是胶的问题？是线路板内部短路了？要不拆另外一个看一下，这个不良的先不动了。

好吧，那就拆解另外一个不良品，步骤凡是不变，拆除焊盘后短路现象依旧，没有变化。继续拆吧，拆除所有表面封胶，故障依旧，还是短路（短路电阻39.8欧姆）。这个时候，发现问题了，不同板子，同一个霍尔的电路，都是短路了，但是短路的阻值还不一样。插值差不多36欧姆。而板子上，正好有个电阻就是串联在这路信号输出上的，正好是36欧姆，这个时候突然有一种山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村的感觉。

进一步分析发现：
1、3.9欧姆不良的那个板子，是上图R2电阻靠近端子一侧焊盘对地短路了，拆除R2后故障消失了，之后怎么折腾故障都无法再复现了；

2、39.8欧姆不良的那个板子，是C4电容短路的，测试电容两端电阻，1.1欧姆。拆除C4故障消失，但是这个电容的外观、容值用万用表测试又是正常的。

至此，经过几个的失败后，基本确认：
1、跟线路板基材的关系不大，但是线路板的走线间隙得加大；
2、主要问题点还是再封灌胶上，但是这个节骨眼上，替换封灌胶不现实；

各位看官，如是是你们项目进展到这个情况你们会怎么处理呢？先留个悬念，各位大神也帮分析下，本案例中得失效路径，如何继续改善又快又稳？

这个案例写的有点长了，时间关系，这里就先卖个关子暂不揭晓后续的改善方案，明天晚上继续揭晓，其实问题已经很明显了，如果是你们遇到这个情况，会如何处理呢？

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有了前几次的经验，且因项目紧急客户其实早在一个月前就已经下18K的订单了，但是因为双85测试一直NG，一直迟迟未投产。没办法，换环氧树脂重新验证已经来不及了，根据之前几次不良的分析情况：
1、端子对地短路，除胶后无法复现，端子间隙比较小；
2、插接端子对地短路，移除端子底部的环氧胶后，故障消失（其实这个和第一个不良现象是一样的）

3、C4电容拆除前短路，拆下后故障消失，无法复现，测试电容OK，并寄给原厂做切片分析，确认电容无异常；

    

4、R2电阻对地短路，焊盘与覆铜的间隙为0.254mm;

短路的地方都是5V电压的位置，且与GND的间隙都比较小，最大距离处为R2电阻焊盘：2.54mm;

于是，为了满足客户订单需要，我们与客户商议线路板做优化调整，安排生产，同步复测双85测试。

新线路板优化思路：
1、优化部分元器件选型，打胶一侧的阻容凡是0402封装的统一改为0603封装；

2、线路板重新布局，减少不必要的覆铜；

3、加大电源、信号线与GND覆铜的间隙，有空间的位置应≥0.6mm,允许局部布局小于0.6mm,但是应≥0.4mm；

为了满足客户订单生产需要，结构、生产制程工艺也做了加严处理：

好消息是，新打样的板子很快回来做了样品复测324小时的双85测试，结果OK,为了确保可靠性，继续高温高湿老化至500小时，复测OK，至此本次异常算是完满解决，取得了一个皆大欢喜的结果。

失效模式分析：
1、1：5的黑色环氧树脂为了确保固化后的强度一般会增加增塑剂：氢氧化铝，本案例中的环氧树脂胶氢氧化铝添加与厂家确认确实添加了，而且比例还不低；

2、在高温高湿的持续老化下，环氧树脂胶逐渐受潮，水汽逐渐渗透，最终达到一定时间后，氢氧化铝可能发生水解反应，而5V的电压局部环境+电气间隙不足，为局部的电化学反应提供了有利条件，导致最终产品短路失效了。

3、而最终的改善方案，将0402封装的改为0603的，加大电气间隙到大于0.4mm,则有效的提高了绝缘间隙，提高了绝缘性能，这样在高温高湿环境下，即使环氧树脂花生了水解反应，但是因为发生电化学反应的条件被破坏了，环氧树脂的绝缘性能未进一步降低，因此复测OK。

以上是自己根据异常分析情况评估的失效模式，分享一下，请各位同行大佬帮忙斧正，不胜感激！