Kao nosač različitih komponenti i čvorište prijenosa signala u krugu, PCB postao najvažniji i ključni dio elektroničkih informacijskih proizvoda, njegova kvaliteta i pouzdanost određuju kvalitetu i pouzdanost cijele opreme. Međutim, zbog troškova i tehničkih razloga, postoji mnogo problema sa kvarovima u proizvodnji i primjeni PCB -a.

Za ovu vrstu problema s kvarom moramo koristiti neke često korištene tehnike analize kvarova kako bismo osigurali kvalitetu i razinu pouzdanosti PCB -a u proizvodnji. Ovaj rad sažima deset referentnih tehnika analize grešaka.

Mehanizam i analiza uzroka kvara PCB -a

1. Vizuelni pregled

Pregledom izgleda potrebno je vizualno pregledati ili upotrijebiti neke jednostavne instrumente, poput stereoskopskog mikroskopa, metalografskog mikroskopa ili čak povećala, kako biste provjerili izgled PCB -a i pronašli oštećene dijelove i relevantne fizičke dokaze. Glavna funkcija je lociranje kvara i preliminarna procjena načina kvara PCB -a. Inspekcija izgleda uglavnom provjerava zagađenje PCB -om, koroziju, mjesto eksplozije ploče, ožičenje kruga i pravilnost kvara, ako je serijski ili pojedinačni, je li uvijek koncentriran na određenom području itd. Osim toga, kvar mnogih PCBS -a otkriven je nakon sastavljanja PCBA -e. Da li je kvar uzrokovan utjecajem procesa montaže i materijala koji se koriste u procesu, također zahtijeva pažljivo ispitivanje karakteristika područja kvara.

2. Rendgenska fluoroskopija

Za neke dijelove koji se ne mogu pregledati po izgledu, kao i unutrašnjost PCB-a kroz rupe i druge unutrašnje nedostatke, za provjeru moramo koristiti rendgenski fluoroskopski sistem. Rendgenski fluoroskopski sistem je upotreba različite debljine materijala ili različite gustoće materijala za rendgensku higroskopnost ili prijenos različitih principa na snimanje. Ova se tehnologija više koristi za provjeru lokacije defekata u PCBA lemnim spojevima, kroz nedostatke rupa i nedostatke u BGA ili CSP uređajima s ambalažom velike gustoće. Trenutno rezolucija industrijske rendgenske fluoroskopske opreme može doseći manje od jednog mikrona i mijenja se s dvodimenzionalne na trodimenzionalnu opremu za snimanje. Postoji čak i pet dimenzionalna (5D) oprema koja se koristi za pregled ambalaže, ali ovaj 5D rendgenski fluoroskopski sistem je vrlo skup i rijetko ima praktičnu primjenu u industriji.

3. Analiza presjeka

Analiza kriški je proces dobivanja strukture poprečnog presjeka PCB -a uzorkovanjem, mozaikom, kriškama, poliranjem, korozijom, posmatranjem i nizom metoda i koraka. Obilne informacije o mikrostrukturi PCB -a (kroz rupu, premaz itd.) Mogu se dobiti analizom kriški, što daje dobru osnovu za sljedeće poboljšanje kvalitete. Međutim, ova metoda je destruktivna, nakon što se napravi kriška, uzorak će neizbježno biti uništen; U isto vrijeme, zahtjevi za metodom uzorka su visoki, vrijeme pripreme uzorka je također dugo, potrebno je dovršiti obučeno tehničko osoblje. Za detaljne procedure rezanja pogledajte IPC standarde IPC-TM-650 2.1.1 i IPC-MS-810.

4. Skenirajući akustički mikroskop

Trenutno se ultrazvučni skenirajući akustični mikroskop sa c-načinom rada uglavnom koristi za elektroničko pakiranje ili analizu montaže. Koristi promjene amplitude, faze i polariteta koje generira refleksija visokofrekventnog ultrazvuka na diskontinuiranom sučelju materijala sa slikom, a njegov način skeniranja je skeniranje informacija u ravnini XY duž osi Z. Stoga se skenirajuća akustična mikroskopija može koristiti za otkrivanje različitih nedostataka, uključujući pukotine, odlaganje, uključke i praznine u komponentama, materijalima te PCB -u i PCBA -i. Unutrašnji nedostaci lemnih spojeva također se mogu izravno otkriti ako je dovoljna širina frekvencije skenirajuće akustike. Tipične akustičke slike za skeniranje u crvenom upozorenju u boji navedeni nedostaci postoje jer velika količina plastičnih komponenti ambalaže koje se koriste u SMT procesu, vodeći u proces tehnologije bez olova, predstavlja veliki broj problema osjetljivih na prodiranje vlage, naime apsorpcija vlage uređaja za premazivanje prahom bit će na višoj temperaturi. Pojava procesa otapanja bez olova dolazi do pojave pukotina u sloju ili sloju podloge, Pod visokom temperaturom procesa bez olova, uobičajeni PCB će često rasprsnuti fenomen ploče. U ovom trenutku skenirajući akustički mikroskop pokazuje svoju posebnu prednost u nerazornom otkrivanju višeslojnih PCB-a velike gustoće. Općenito očigledno pucanje ploče može se otkriti vizualnim pregledom.

5. Mikro infracrvena analiza

Mikro infracrvena analiza je infracrvena spektroskopija u kombinaciji s metodom mikroskopske analize, koristi različite materijale (uglavnom organske tvari) na principu apsorpcije infracrvenog spektra, analizirajući složeni sastav materijala, zajedno s mikroskopom može napraviti vidljivo svjetlo i infracrveno svjetlo sa svjetlosnom putanjom, sve dok se nalazi pod vidnim poljem, može se tražiti analiza organskih zagađivača u tragovima. U nedostatku mikroskopa, infracrvena spektroskopija obično može analizirati samo velike uzorke. U mnogim slučajevima, zagađenje u tragovima u elektroničkom procesu može dovesti do slabe zavarivosti PCB jastučića ili olovnog zatiča. Može se zamisliti da je teško riješiti problem procesa bez odgovarajućeg infracrvenog spektra mikroskopa. Glavna upotreba mikroskopske infracrvene analize je analiza organskih onečišćujućih tvari na površini zavarivanja ili površini lemljenja te analizirati uzroke korozije ili slabe zavarivosti.

6. Analiza skenirajućom elektronskom mikroskopijom

Skenirajući elektronski mikroskop (SEM) jedan je od najkorisnijih velikih elektronskih mikroskopskih sustava za snimanje za analizu kvarova. Njegov princip rada je formiranje elektronskog snopa promjera desetke do hiljade angstrema (A) fokusiranjem elektronskog snopa emitiranog s katode ubrzanog anodom. Pod djelovanjem otklona zavojnice za skeniranje, Elektronski snop skenira površinu uzorka tačku po tačku u određenom vremenskom i prostornom redoslijedu. Elektronski snop visoke energije bombardira površinu uzorka i generira različite informacije koje se mogu prikupiti i pojačati kako bi se na ekranu prikazale različite odgovarajuće grafike. Pobuđeni sekundarni elektroni stvaraju se u rasponu od 5 ~ 10nm na površini uzorka. Stoga sekundarni elektroni mogu bolje odražavati topografiju površine uzorka, pa se najčešće koriste za promatranje morfologije. Pobuđeni elektroni povratnog raspršenja generiraju se u rasponu od 100 do 1000 nm na površini uzorka i emitiraju različite karakteristike s razlikom atomskog broja tvari. Stoga slika elektrona unatrag rasutih ima morfološke karakteristike i sposobnost razlikovanja atomskog broja, pa stoga slika elektrona unatrag rasuta može odražavati raspodjelu hemijskih elemenata. Sadašnji skenirajući elektronski mikroskop bio je vrlo moćan, bilo koja fina struktura ili značajke površine mogu se povećati stotinama hiljada puta za posmatranje i analizu.

U analizi kvarova na PCB -u ili lemnom spoju, SEM se uglavnom koristi za analizu mehanizama loma, konkretno, koristi se za promatranje površinske morfološke strukture jastučića, metalografske strukture lemnih spojeva, mjerenje intermetalnih spojeva, analizu lemljivih premaza i kositra mora se analizirati i mereno. Za razliku od optičkog mikroskopa, skenirajući elektronski mikroskop proizvodi elektroničke slike, pa ima samo crno -bijele boje. Osim toga, uzorak skenirajućeg elektronskog mikroskopa potreban je za provođenje električne energije, a neprovodnik i dio poluvodiča moraju se poprskati zlatom ili ugljikom, inače će se naboj skupiti na površini uzorka i utjecati na promatranje uzorka . Osim toga, dubinska oštrina slike skenirajućeg elektronskog mikroskopa mnogo je veća od one optičkog mikroskopa, što je važna metoda za analizu metalografske strukture, mikroskopskog loma i limenih brkova.

7. Analiza energetskog spektra rendgenskih zraka

Gore spomenuta skenirajuća elektronska mikroskopija obično je opremljena rendgenskim spektrometrom energije. Kada visokoenergetski snop elektrona udari o površinu, površinski materijal unutarnjih elektrona u atomima bombardira se bijegom, vanjski elektroni na prijelaz na niski nivo energije inspirirat će karakterističan rendgen, razliku u razini atomske energije različitih elemenata iz različitih karakterističnih rendgenskih zraka je drugačiji, stoga može poslati uzorak karakteristika rendgenskih zraka kao analizu kemijskog sastava. U isto vrijeme, odgovarajući se instrumenti nazivaju spektrometrom za disperziju spektra (skraćeno WDS) i spektrometrom za disperziju energije (skraćeno EDS) prema karakterističnoj valnoj duljini ili karakterističnoj energiji detekcije rendgenskog signala. Rezolucija spektrometra je veća od one energetskog spektrometra, a brzina analize energetskog spektrometra je brža od one energetskog spektrometra. Zbog velike brzine i niske cijene energetskih spektrometara, opća SCANNING elektronska mikroskopija opremljena je energetskim spektrometrima.

S različitim načinom skeniranja elektronskog snopa, energetski spektrometar može analizirati točku, liniju i ravninu površine i dobiti informacije o različitoj distribuciji elemenata.Tačka analiza daje sve elemente tačke; Analiza linije Svaki put se na određenoj liniji vrši analiza jednog elementa, a linijska raspodjela svih elemenata postiže se višestrukim skeniranjem. Analiza površine Analiza svih elemenata na datoj površini. Sadržaj izmjerenog elementa je prosjek raspona površinskih mjerenja.

U analizi PCB -a, energetski disperzivni spektrometar uglavnom se koristi za analizu sastava površine podloge i elementarnu analizu zagađivača na površini jastučića i olovnog zatiča sa lošom lemljivošću. Tačnost kvantitativne analize energetskog spektrometra je ograničena, a sadržaj manji od 0.1% općenito nije lako otkriti. Kombinacijom energetskog spektra i SEM -a mogu se istovremeno dobiti informacije o morfologiji i sastavu površine, što je razlog zašto se široko koriste.

8. Analiza fotoelektronske spektroskopije (XPS)

Uzorci zračenjem rendgenskim zrakama, površina elektrona unutarnje ljuske atoma pobjeći će iz veze jezgre i formirati čvrstu površinu, mjereći njegovu kinetičku energiju Ex, iz elektrona unutarnje ljuske atoma može se dobiti energija vezanja Eb, Eb varira od različitih elemenata i različite elektronske ljuske, to su „otisci prstiju“ parametara identifikacije atoma, formiranje spektralne linije je fotoelektronska spektroskopija (XPS). XPS se može koristiti za kvalitativnu i kvantitativnu analizu elemenata na plitkoj površini (nekoliko nanometara) površine uzorka. Osim toga, podaci o kemijskim valentnim stanjima elemenata mogu se dobiti iz kemijskih pomaka energije vezanja. Može dati informacije o vezi između valentnog stanja površinskog sloja i okolnih elemenata. Upadajući snop je snop rendgenskog fotona, pa se može izvršiti analiza uzorka izolacije, bez oštećenja analiziranog uzorka, brza analiza više elemenata; Višeslojni slojevi mogu se uzdužno analizirati i uklanjanjem argonskih iona (vidi slučaj ispod) sa daleko većom osjetljivošću od energetskog spektra (EDS). XPS se uglavnom koristi u analizi analize kvaliteta PCB premaza, analizi zagađenja i analizi stepena oksidacije, kako bi se utvrdio duboki razlog loše zavarivosti.

9. Diferencijalno skeniranje Kalorimetrija

Metoda mjerenja razlike u ulaznoj snazi ​​između tvari i referentne tvari u funkciji temperature (ili vremena) pri programiranoj kontroli temperature. DSC je opremljen s dvije grupe kompenzacijske grijaće žice ispod spremnika za uzorak i referentnog spremnika, kada uzorak u procesu zagrijavanja zbog toplinskog učinka i referentne temperaturne razlike δ T, preko kruga pojačala diferencijalne topline i pojačala za kompenzaciju diferencijalne topline struja koja teče u kompenzacijsku grijaću žicu se mijenja.

Temperaturna razlika δ T nestaje, a bilježi se odnos između razlike toplinske snage dva električno kompenzirana uzorka i referentnog materijala s temperaturom (ili vremenom). Prema tom odnosu, fizičko -kemijska i termodinamička svojstva materijala mogu se proučavati i analizirati. DSC se široko koristi u analizi PCB -a, ali se uglavnom koristi za mjerenje stupnja stvrdnjavanja različitih polimernih materijala koji se koriste u PCB -u i temperature transformacije stakla, ta dva parametra određuju pouzdanost PCB -a u sljedećem procesu.

10. Termomehanički analizator (TMA)

Termičko -mehanička analiza koristi se za mjerenje deformacijskih svojstava čvrstih tijela, tekućina i gelova pod termičkim ili mehaničkim silama pod programiranom kontrolom temperature. Uobičajeno korištene metode opterećenja uključuju kompresiju, umetanje igle, istezanje, savijanje itd. Sonda za ispitivanje sastoji se od fiksiranog nosača i nosača s zavojnom oprugom, preko motora primijenjenog opterećenja, kada dođe do deformacije uzorka, diferencijalnog transformatora za detekciju promjene i zajedno s obradom podataka, poput temperature, naprezanja i naprezanja nakon materijal se može dobiti pod zanemarivim odnosima deformacije opterećenja s temperaturom (ili vremenom). Prema odnosu između deformacije i temperature (ili vremena), fizičko -kemijska i termodinamička svojstva materijala mogu se proučavati i analizirati. TMA se široko koristi u analizi PCB -a i uglavnom se koristi za mjerenje dva najkritičnija parametra PCB -a: koeficijenta linearnog širenja i temperature staklenog prijelaza. PCB sa prevelikim koeficijentom širenja često dovodi do loma metaliziranih rupa nakon zavarivanja i montaže.