漏电原因逐步揭秘！手机电池存在轻微漏电现象失效分析

引言

某款手机电池在老化试验后，发现存在不开机、输出电压异常的不良现象。检查发现电池PCBA上的某芯片引脚之间存在热点，有轻微漏电现象。现测试分析，查找电池漏电原因。

测试分析

1 外观检查

对失效电池和正常电池上的PCBA板进行外观检查，失效电池U2和U3表面保护胶与PCB板结合良好，未发现开裂、气孔等明显不良现象；正常电池PCBA上器件未点胶，表面亦未发现明显异常现象。

2 电学性能及红外热性定位测试

分别对失效电池和正常电池中的电芯电压和电池输出电压进行测量，测试结果见表1。发现失效电池中#5电池输出电压明显存在异常，其余失效电池和正常电池中，电芯电压与电池输出电压相差较小，未发现异常。因此确认失效电池中PCBA模块存在异常。

表1 失效电池和正常电池的电芯电压和输出电压结果

为了确认失效电池中是否存在漏电热点现象，现对失效电池和正常电池进行显微红外热像测试，发现#5失效电池中U3芯片的引脚3和2之间存在热点，如图1所示，其他失效电池中未发现明显热点。

图1 #5失效电池热点位置示意图

3 表面SEM+EDS分析

据红外热像结果，将#5失效电池进行剥胶处理，发现U3芯片的引脚3和2和对应的热封胶表面存在类似电迁移物质。该电迁移类物质正好将芯片上的引脚3和2之间连接，如图2所示，通过对该电迁移类物质进行成分分析，其主要元素为C、O、Cl、Sn、Ni，其中Cl为异常元素，且含量异常的高，如表2所示。

图2 #5失效电池U3芯片引脚3和2之间SEM图片

表2 #5失效电池U3芯片引脚3和2之间异物EDS测试结果(Wt%)

通过对U3芯片的1~3引脚表面和对应的热封胶表面进行形貌观察和成分分析，如图3和表3所示，发现引脚表面锡焊料存在不同程度的腐蚀情况，对应的热封胶表面也存在掉落后的腐蚀锡块。通过对腐蚀锡块表面进行成分分析，主要成分为C、O、Cl、Sn，其中Cl含量高达20%左右，而对未腐蚀的位置进行成分分析，表面成分正常，未发现Cl元素。

图3 #5失效电池U3芯片引脚表面SEM图片及EDS能谱图

表3 #5失效电池品U3芯片引脚表面EDS测试结果(Wt%)

4 特性曲线分析

为了进一步确认失效电池中U3器件本身是否存在问题，对#5失效电池U3芯片上的引脚3和2进行特性曲线分析，同时对比裸器件上引脚3和2的特性曲线，看是否存在差异，检测结果如下：#5失效电池中U3芯片的引脚3和2之间的特性曲线与正常裸芯片的特性曲线基本一致。由此说明，#5失效电池中U3芯片本身质量不存在问题，导致失效电池漏电失效的原因是U3芯片引脚3和2之间存在电迁移现象。

5 物料排查

由上述测试结果可知，导致失效电池漏电失效的直接原因为U3芯片引脚3和2之间存在电迁移，而导致电迁移发生的直接因素为引脚焊点表面存在异常高含量的Cl元素。结合该电池的工艺生产流程图，异常Cl元素可能从以下4个方面引入：

（1）电池在老化过程中，由其他地方引入Cl；

（2）器件上Cl残留；

（3）SMT组装过程中引入Cl，包括锡膏和外来因素；

（4）PCB板表面Cl残留。

5.1 电池在老化过程中，是否由电池其它地方引入Cl

#5失效电池剥胶后，U3芯片附近PCB板面进行成分分析，如图6和表3所示，剥离胶后，U3芯片上引脚3附近的PCB板表面亦未发现Cl元素。如果Cl元素是由外界其它地方引入，PCB板表面应存在Cl迁移残留，综上，可排除Cl元素由电池其它地方引入的可能。

图6 #失效电池剥胶后U3附近表面SEM图片

表4 #失效电池剥胶后U3附近表面EDS测试结果(Wt%)

5.2 器件表面的Cl残留

为了确认失效电池中U3芯片引脚焊点表面的Cl是否来自芯片本身，对裸芯片和#失效电池上其他器件表面胶进行成分分析，裸芯片表面未发现有Cl残留；#失效电池上电阻R1焊点焊料也存在锡焊料被腐蚀情况，通过成分分析，发现存在异常元素Cl，且含量高达10%左右。由此说明，失效电池中不只是U2和U3器件上焊点焊料存在被腐蚀现象，其他器件也存在该现象。

通过上述结果可知，失效电池中U2和U3芯片引脚焊点表面的Cl元素应不是来自器件本身。

图7 裸芯片表面SEM图片

表5 裸芯片表面EDS测试结果(Wt%)

图8 #5失效电池上R1表面SEM图片及EDS能谱图

表6 #5失效电池上R1表面EDS测试结果(Wt%)

5.3 电池在SMT过程中，由锡膏或外来因素引入

通过对OK-1电池上U3芯片焊点表面进行表面形貌观察和成分分析，如图9和表7所示。通过表面形貌观察，引脚焊点焊料未发现有腐蚀情况，通过成分分析，引脚表面及周边亦未发现有Cl元素。

由上述结果可知，正常电池中器件焊点焊料表面未发现有Cl残留，结合采用的无卤锡膏Sn98.5Ag1.0Cu0.5，由上可排除锡膏本身带有Cl。

图9 OK-1电池U3芯片引脚表面SEM图片及EDS能谱图

表7 OK-1电池上U3芯片引脚表面EDS测试结果(Wt%)

5.4 PCB板表面Cl残留

对失效电池进行表面观察，发现152#失效电池中PCB板上B+旁阻焊膜表面存在异常颗粒点，如图27所示。通过对该异常颗粒物进行表面形貌观察及成分分析，如图28和表14所示，通过成分分析可知，该异常颗粒含有异常高的Cl元素，且含异常的Ni和Cu元素。该异常颗粒的来源需要进一步的确认。

图10 #6失效电池PCB板表面异常颗粒外观图片

图11 #6失效电池PCB板表面异常颗粒SEM图片

表8 #6失效电池PCB板表面异常颗粒EDS测试结果(Wt%)

对上述的异常颗粒点进行切片分析，发现异常颗粒旁的阻焊膜出现开裂现象，且在阻焊下方为内部金属走线，在金属走线边侧发现与异常金属颗粒相同物质。通过成分分析，发现异常颗粒与走线边侧异常物质成分相同，均发现异常高的Cl元素，且亦含Ni和Cu。其它金属走线边侧也发现存在异常物质，经成分确认，亦发现异常高含量的Cl元素。

经了解，该PCB内部金属走线为Cu表面镀Ni镀Au结构，且该PCB板的制作工艺为先做焊盘表面处理，后涂覆阻焊膜。结合上述测试结果可推测，该阻焊膜表面异常颗粒应来自PCB板内部金属走线边侧。失效电池中PCB板内部金属走线边侧的异物应为PCB板制作流程中蚀刻线路的蚀刻液残留导致。

在其他PCB板表面也发现有异物残留，通过成分确认，该异物发现有较高含量的Cl残留。

结合上述物料排查结果，可确定失效电池中异常Cl元素应来自PCB光板，在其阻焊膜表面和内部金属走线边侧均发现较高含量的Cl，直接导致后续焊点腐蚀和电迁移的发生。

结论

导致失效电池漏电失效的直接原因为：失效电池中U3芯片引脚3和2之间存在电迁移类物质，导致电池发生漏电失效。发生电迁移的原因为焊点表面Cl残留过高，致使焊点发生腐蚀，进一步诱发引脚之间的电迁移。其中异常Cl元素来自PCB光板本身，与PCB板制程工艺不良有关。

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