As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB се превърна в най -важната и ключова част от електронните информационни продукти, нейното качество и ниво на надеждност определят качеството и надеждността на цялото оборудване. Въпреки това, поради разходи и технически причини, има много проблеми при отказ при производството и прилагането на печатни платки.

За този вид проблем с повреда трябва да използваме някои често използвани техники за анализ на повреди, за да гарантираме качеството и нивото на надеждност на печатни платки в производството. Тази статия обобщава десетте техники за анализ на отказ за справка.

Механизъм и анализ на причините за повреда на ПХБ

1. Визуална проверка

Appearance inspection is to visually inspect or use some simple instruments, such as stereoscopic microscope, metallographic microscope or even magnifying glass, to check the appearance of PCB and find the failed parts and relevant physical evidence. The main function is to locate the failure and preliminarily judge the failure mode of PCB. Инспекцията на външния вид проверява основно замърсяването, корозията на печатни платки, мястото на експлозията на платката, окабеляването на веригата и редовността на повредата, ако е партидна или индивидуална, дали винаги е концентрирана в определена зона и т.н. In addition, the failure of many PCBS was discovered after the assembly of PCBA. Whether the failure was caused by the influence of the assembly process and materials used in the process also requires careful examination of the characteristics of the failure area.

2. Рентгенова флуороскопия

За някои части, които не могат да бъдат проверени от външния вид, както и вътрешността на печатната платка през отвор и други вътрешни дефекти, трябва да използваме рентгенова флуороскопска система за проверка. Рентгеновата флуороскопска система е използването на различна дебелина на материала или различна плътност на материала при рентгенова хигроскопичност или пропускливост на различни принципи за изобразяване. Тази технология се използва по -често за проверка на местоположението на дефекти в споени съединения на PCBA, чрез дефекти на отвори и дефекти в BGA или CSP устройства с опаковка с висока плътност. At present, the resolution of industrial X-ray fluoroscopy equipment can reach less than one micron, and is changing from two dimensional to three dimensional imaging equipment. There are even five dimensional (5D) equipment used for packaging inspection, but this 5D X-ray fluoroscopy system is very expensive, and rarely has practical application in the industry.

3. Section analysis

Slice analysis is the process of obtaining PCB cross section structure through sampling, Mosaic, slice, polishing, corrosion, observation and a series of methods and steps. Abundant information about the microstructure of PCB (through hole, coating, etc.) can be obtained by slice analysis, which provides a good basis for the next quality improvement. However, this method is destructive, once the slice is carried out, the sample will inevitably be destroyed; В същото време методът на изискванията за проба е висок, времето за подготовка на пробата също е дълго, необходимостта от завършен обучен технически персонал. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Сканиращ акустичен микроскоп

At present, c-mode ultrasonic scanning acoustic microscope is mainly used for electronic packaging or assembly analysis. It makes use of the amplitude, phase and polarity changes generated by the reflection of high-frequency ultrasound on the discontinuous interface of materials to image, and its scanning mode is to scan the information in the X-Y plane along the Z-axis. Therefore, scanning acoustic microscopy can be used to detect various defects, including cracks, delamination, inclusions, and voids, in components, materials, and PCB and PCBA. Internal defects of solder joints can also be directly detected if the frequency width of scanning acoustics is sufficient. Of a typical scanning acoustic image in color red alert said defects exist, because a large amount of plastic packaging components used in SMT process, by a lead into the process of lead-free technology, a large number of moisture reflow sensitive problem, namely the moisture absorption of powder coating devices will be at a higher temperature reflow lead-free process occurs within or substrate layer cracking phenomenon, Under the high temperature of lead-free process, common PCB will often burst board phenomenon. В този момент сканиращият акустичен микроскоп показва своето специално предимство в неразрушителното откриване на многослойна печатна платка с висока плътност. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Микроинфрачервен анализ

Микро инфрачервеният анализ е към инфрачервена спектроскопия, комбиниран с метод за анализ на микроскоп, той използва различни материали (главно органични вещества) на принципа на абсорбция на инфрачервения спектър, анализирайки състава на съединението на материалите, заедно с микроскопа може да направи видима светлина и инфрачервена светлина със светлинния път, докато е под зрителното поле, може да търси анализ на следи от органични замърсители. In the absence of a microscope, infrared spectroscopy can usually analyze only large samples. In many cases, trace pollution in electronic process can lead to poor weldability of PCB pad or lead pin. It can be imagined that it is difficult to solve the process problem without the matching infrared spectrum of microscope. The main use of microscopic infrared analysis is to analyze the organic pollutants on the welding surface or solder spot surface, and analyze the causes of corrosion or poor solderability.

6. Сканиращ електронен микроскопски анализ

Сканиращият електронен микроскоп (SEM) е една от най-полезните широкомащабни електронно-микроскопични системи за анализ за отказ. Неговият принцип на работа е да образува електронен лъч с диаметър от десетки до хиляди ангстреми (А) чрез фокусиране на електронния лъч, излъчен от катода, ускорен от анода. Под действието на отклонение на сканиращата бобина, Електронният лъч сканира повърхността на пробата точка по точка в определен ред от време и пространство. Високоенергийният електронен лъч бомбардира повърхността на пробата и генерира разнообразна информация, която може да бъде събрана и усилена, за да се получат различни съответни графики на екрана на дисплея. The excited secondary electrons are generated within the range of 5 ~ 10nm on the surface of the sample. Therefore, the secondary electrons can better reflect the surface topography of the sample, so they are most commonly used for morphology observation. Възбудените обратно разпръснати електрони се генерират в диапазона 100 ~ 1000 nm на повърхността на пробата и излъчват различни характеристики с разликата в атомния номер на веществото. Следователно обратното разпръснато електронно изображение има морфологични характеристики и способност за дискриминация на атомни номера и следователно обратното разпръснато електронно изображение може да отразява разпределението на химичните елементи. Настоящият сканиращ електронен микроскоп е много мощен, всяка фина структура или повърхностни характеристики могат да бъдат увеличени до стотици хиляди пъти за наблюдение и анализ.

In PCB or solder joint failure analysis, SEM is mainly used for failure mechanism analysis, specifically, is used to observe the surface morphology structure of the pad, solder joint metallographic structure, measurement of intermetallic compounds, solderable coating analysis and tin must be analyzed and measured. Different from the optical microscope, the scanning electron microscope produces electronic images, so it has only black and white colors. Moreover, the sample of the scanning electron microscope is required to conduct electricity, and the non-conductor and part of the semiconductor need to be sprayed with gold or carbon, otherwise the charge will gather on the surface of the sample and affect the sample observation. В допълнение, дълбочината на рязкост на изображението на сканиращия електронен микроскоп е много по -голяма от тази на оптичния микроскоп, което е важен метод за анализ на металографската структура, микроскопичното счупване и калайните мустаци.

7. X-ray energy spectrum analysis

Посочената по-горе сканираща електронна микроскопия обикновено е оборудвана с рентгенов енергиен спектрометър. When the high-energy electron beam hit the surface, the surface material of the inner electrons in the atoms are bombarded escape, outer electrons to low energy level transition will inspire characteristic X ray, atomic energy level difference of different elements from different characteristic X ray is different, therefore, can send sample of the characteristics of X-ray as chemical composition analysis. В същото време съответните инструменти се наричат ​​съответно спектрометричен спектрометър (WDS за кратко) и енергийно дисперсионен спектрометър (EDS за кратко) в съответствие с характерната дължина на вълната или характерната енергия на детектирането на рентгенов сигнал. Разделителната способност на спектрометъра е по -висока от тази на енергийния спектрометър, а скоростта на анализа на енергийния спектрометър е по -бърза от тази на енергийния спектрометър. Поради високата скорост и ниската цена на енергийните спектрометри, общата сканираща електронна микроскопия е оборудвана с енергийни спектрометри.

With the different scanning mode of electron beam, the energy spectrometer can analyze the point, line and plane of the surface, and obtain the information of different distribution of elements.Point analysis yields all elements of a point; Line analysis One element analysis is performed on a specified line each time, and the line distribution of all elements is obtained by multiple scanning. Анализ на повърхността Анализът на всички елементи в дадена повърхност. Съдържанието на измерения елемент е средната стойност от обхвата на повърхностните измервания.

In the analysis of PCB, energy dispersive spectrometer is mainly used for the composition analysis of pad surface, and the elemental analysis of contaminants on the surface of pad and lead pin with poor solderability. Точността на количествения анализ на енергийния спектрометър е ограничена и съдържанието под 0.1% обикновено не е лесно за откриване. Комбинацията от енергиен спектър и SEM може да получи информация за морфологията и състава на повърхността едновременно, поради което те са широко използвани.

8. Анализ на фотоелектронна спектроскопия (XPS)

Проби чрез облъчване с рентгенови лъчи, повърхността на електроните на вътрешната обвивка на атома ще избяга от връзката на ядрото и образуването на твърда повърхност, измервайки неговата кинетична енергия Ex, вътрешните електрони на черупката на атома могат да бъдат получени от енергията на свързване на Eb, Eb варира от различни елементи и различна електронна обвивка, това са „пръстовите отпечатъци“ на параметрите за идентификация на атома, образуването на спектрална линия е фотоелектронната спектроскопия (XPS). XPS може да се използва за качествен и количествен анализ на елементи върху плитка повърхност (няколко нанометра) на повърхността на пробата. In addition, information about chemical valence states of elements can be obtained from chemical shifts of binding energy. Той може да даде информация за връзката между валентното състояние на повърхностния слой и околните елементи. The incident beam is X-ray photon beam, so insulation sample analysis can be carried out, without damaging the analyzed sample rapid multi-element analysis; Multilayers can also be analyzed longitudinally by argon ion stripping (see the case below) with far greater sensitivity than energy spectrum (EDS). XPS is mainly used in the analysis of PCB coating quality analysis, pollution analysis and oxidation degree analysis, in order to determine the deep reason of poor weldability.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Метод за измерване на разликата във входящата мощност между вещество и еталонно вещество в зависимост от температурата (или времето) при програмиран температурен контрол. DSC is equipped with two groups of compensation heating wire under the sample and reference container, when the sample in the heating process due to the thermal effect and reference temperature difference δ T, through the differential heat amplifier circuit and differential heat compensation amplifier, so that the current flowing into the compensation heating wire changes.

The temperature difference δ T disappears, and the relationship between the difference of the thermal power of the two electrically compensated samples and the reference material with temperature (or time) is recorded. According to this relationship, the physicochemical and thermodynamic properties of the material can be studied and analyzed. DSC is widely used in PCB analysis, but is mainly used to measure the curing degree of various polymer materials used in PCB and glass state transformation temperature, these two parameters determine the reliability of PCB in the subsequent process.

10. Thermomechanical analyzer (TMA)

Thermal Mechanical Analysis is used to measure the deformation properties of solids, liquids and gels under Thermal or Mechanical forces under programmed temperature control. Commonly used load methods include compression, pin insertion, stretching, bending, etc. Test probe consists of fixed on the cantilever beam and helical spring support, through the motor of the applied load, when the specimen deformation occurs, differential transformer to detect the change, and together with the data processing, such as temperature, stress and strain after the material can be obtained under the negligible load deformation relations with temperature (or time). According to the relationship between deformation and temperature (or time), the physicochemical and thermodynamic properties of materials can be studied and analyzed. TMA is widely used in PCB analysis and is mainly used in measuring the two most critical parameters of PCB: linear expansion coefficient and glass transition temperature. PCB with too large expansion coefficient will often lead to fracture failure of metallized holes after welding and assembly.