Com a portador de diversos components i el centre de transmissió del senyal del circuit, PCB s’ha convertit en la part més important i clau dels productes d’informació electrònica; el seu nivell de qualitat i fiabilitat determina la qualitat i fiabilitat de tot l’equip. No obstant això, a causa de costos i raons tècniques, hi ha molts problemes de fallada en la producció i aplicació de PCB.

Per a aquest tipus de problemes de falles, hem d’utilitzar algunes tècniques d’anàlisi de fallades que s’utilitzen habitualment per garantir el nivell de qualitat i fiabilitat del PCB en la fabricació. Aquest article resumeix deu tècniques d’anàlisi de fallades com a referència.

Anàlisi de mecanismes i causes de fallades de PCB

1. Una inspecció visual

La inspecció de l’aspecte consisteix a inspeccionar o utilitzar visualment alguns instruments simples, com el microscopi estereoscòpic, el microscopi metal·logràfic o fins i tot la lupa, per comprovar l’aspecte del PCB i trobar les parts fallides i les proves físiques rellevants. La funció principal és localitzar la fallada i jutjar preliminarment el mode de fallada del PCB. La inspecció de l’aparença comprova principalment la contaminació del PCB, la corrosió, la ubicació de l’explosió de la placa, el cablejat del circuit i la regularitat de la fallada, si és per lots o individual, si es concentra sempre en una àrea determinada, etc. A més, el fracàs de molts PCBS es va descobrir després del muntatge de PCBA. Si la fallada va ser causada per la influència del procés de muntatge i dels materials utilitzats en el procés, també cal un examen acurat de les característiques de la zona de fallada.

2. Fluoroscòpia de raigs X

Per a algunes parts que no poden ser inspeccionades per l’aspecte, així com l’interior del forat travesser i altres defectes interns, hem de fer servir un sistema de fluoroscòpia de raigs X per comprovar-ho. El sistema de fluoroscòpia de raigs X és l’ús de diferents gruixos de material o diferent densitat de material de la higroscopicitat de raigs X o transmitància de diferents principis a la imatge. Aquesta tecnologia s’utilitza més per comprovar la localització de defectes en les juntes de soldadura PCBA, a través de defectes de forats i defectes en dispositius BGA o CSP amb envasos d’alta densitat. Actualment, la resolució dels equips industrials de fluoroscòpia de raigs X pot arribar a menys d’una micra i canvia d’equips d’imatge de dues dimensions a tres dimensions. Fins i tot hi ha equips de cinc dimensions (5D) que s’utilitzen per a la inspecció d’envasos, però aquest sistema de fluoroscòpia de raigs X 5D és molt car i poques vegades té una aplicació pràctica a la indústria.

3. Anàlisi de seccions

L’anàlisi de llesques és el procés d’obtenció de l’estructura de la secció transversal de PCB mitjançant mostreig, mosaic, llesca, polit, corrosió, observació i una sèrie de mètodes i passos. Es pot obtenir una gran quantitat d’informació sobre la microestructura de PCB (forat, recobriment, etc.) mitjançant l’anàlisi de les llesques, que proporciona una bona base per a la següent millora de la qualitat. Tanmateix, aquest mètode és destructiu, un cop realitzada la llesca, la mostra serà inevitablement destruïda; Al mateix temps, el mètode dels requisits de la mostra és elevat, el temps de preparació de la mostra també és llarg, i cal completar la necessitat de personal tècnic format. Per obtenir procediments detallats de segmentació, consulteu les normes IPC IPC-TM-650 2.1.1 i IPC-MS-810.

4. Microscopi acústic d’escombratge

Actualment, el microscopi acústic d’exploració per ultrasons en mode c s’utilitza principalment per a l’anàlisi d’envasos electrònics o el muntatge. Fa ús dels canvis d’amplitud, fase i polaritat generats per la reflexió d’ultrasons d’alta freqüència sobre la interfície discontínua de materials amb la imatge, i el seu mode d’escaneig és escanejar la informació al pla XY al llarg de l’eix Z. Per tant, la microscòpia acústica d’escaneig es pot utilitzar per detectar diversos defectes, incloses esquerdes, delaminació, inclusions i buits, en components, materials i PCB i PCBA. També es poden detectar defectes interns de les juntes de soldadura si l’amplada de freqüència de l’acústica d’escaneig és suficient. D’una imatge acústica d’exploració típica en color vermell, s’alerta que hi ha defectes, ja que hi ha una gran quantitat de components d’envàs de plàstic que s’utilitzen en el procés SMT, mitjançant un derivat al procés de tecnologia sense plom, un gran nombre de problemes sensibles al reflux d’humitat, és a dir, l’absorció d’humitat dels dispositius de recobriment de pols es produirà a una temperatura de refluxió més alta, es produirà un procés sense plom dins del fenomen de craqueig de la capa de substrat o Sota l’elevada temperatura del procés sense plom, el PCB comú sovint esclata el fenomen de la placa. En aquest moment, el microscopi acústic d’escombratge mostra el seu avantatge especial en la detecció no destructiva de PCB d’alta densitat multicapa. Es pot detectar la placa de rebentada obvia general per inspecció visual.

5. Anàlisi de microinfrarojos

L’anàlisi de micro infrarrojos és l’espectroscòpia d’infrarojos combinada amb el mètode d’anàlisi de microscopis, utilitza diferents materials (principalment matèria orgànica) segons el principi de l’absorció de l’espectre d’infrarojos, analitzant la composició composta dels materials, juntament amb el microscopi pot fer llum visible i llum infraroja. amb el camí de la llum, sempre que es trobi sota el camp visual, es pot buscar anàlisi de contaminants orgànics traça. En absència d’un microscopi, l’espectroscòpia infraroja sol analitzar només mostres grans. En molts casos, la traça de la contaminació en el procés electrònic pot provocar una soldabilitat deficient del coixinet de PCB o del pin de plom. Es pot imaginar que és difícil resoldre el problema del procés sense l’espectre infraroig del microscopi. L’ús principal de l’anàlisi microscòpica d’infrarojos és analitzar els contaminants orgànics de la superfície de soldadura o de la superfície de soldadura i analitzar les causes de la corrosió o de la soldabilitat deficient.

6. Anàlisi de microscòpia electrònica d’escombratge

El microscopi electrònic d’escombratge (SEM) és un dels sistemes d’imatge microscòpica electrònica a gran escala més útils per a l’anàlisi de fallades. El seu principi de treball és formar un feix d’electrons amb un diàmetre de desenes a milers d’angstroms (A) mitjançant l’enfocament del feix d’electrons emès pel càtode accelerat per l’ànode. Sota l’acció de deflexió de la bobina d’escaneig, El feix d’electrons escaneja la superfície de la mostra punt per punt en un ordre de temps i espai determinat. El feix d’electrons d’alta energia bombardeja la superfície de la mostra i genera una varietat d’informació que es pot recollir i amplificar per obtenir diversos gràfics corresponents a la pantalla. Els electrons secundaris excitats es generen dins del rang de 5 ~ 10 nm a la superfície de la mostra. Per tant, els electrons secundaris poden reflectir millor la topografia superficial de la mostra, de manera que s’utilitzen més habitualment per a l’observació de morfologia. Els electrons retrodissenyats excitats es generen entre 100 i 1000 nm a la superfície de la mostra i emeten diferents característiques amb la diferència del nombre atòmic de la substància. Per tant, la imatge d’electrons retrodissenyats té característiques morfològiques i capacitat de discriminació de nombres atòmics i, per tant, la imatge d’electrons retrodissenyats pot reflectir la distribució d’elements químics. El microscopi electrònic d’escombratge actual ha estat molt potent, qualsevol estructura fina o trets superficials es poden augmentar fins a centenars de milers de vegades per a observació i anàlisi.

En l’anàlisi de fallades d’unió de PCB o soldadura, SEM s’utilitza principalment per a l’anàlisi de mecanismes de fallada, específicament, s’utilitza per observar l’estructura de morfologia superficial del coixinet, l’estructura metal·logràfica d’unió de soldadura, la mesura de compostos intermetàl·lics, l’anàlisi de revestiment soldable i l’estany. mesurat. A diferència del microscopi òptic, el microscopi electrònic d’escombratge produeix imatges electròniques, de manera que només té colors en blanc i negre. A més, la mostra del microscopi electrònic d’exploració és necessària per conduir l’electricitat, i el no conductor i una part del semiconductor s’han de ruixar amb or o carboni, en cas contrari la càrrega es reunirà a la superfície de la mostra i afectarà l’observació de la mostra. . A més, la profunditat de camp de la imatge del microscopi electrònic d’escombratge és molt més gran que la del microscopi òptic, que és un mètode important per a l’anàlisi de l’estructura metal·logràfica, la fractura microscòpica i els bigotis d’estany.

7. Anàlisi de l’espectre d’energia de raigs X.

La microscòpia electrònica d’escombratge esmentada anteriorment sol estar equipada amb un espectròmetre d’energia de raigs X. Quan el feix d’electrons d’alta energia colpeja la superfície, el material de la superfície dels electrons interns en els àtoms és bombardejat per fugir, els electrons externs a la transició de baix nivell energètic inspiraran raigs X característics, diferència de nivell d’energia atòmica de diferents elements de diferents raigs X característics és diferent, per tant, pot enviar una mostra de les característiques dels raigs X com a anàlisi de la composició química. Al mateix temps, els instruments corresponents s’anomenen respectivament espectròmetre de dispersió d’espectre (WDS en breu) ​​i espectròmetre de dispersió d’energia (EDS en breu) ​​segons la longitud d’ona característica o l’energia característica de la detecció del senyal de raigs X. La resolució de l’espectròmetre és superior a la de l’espectròmetre d’energia i la velocitat d’anàlisi de l’espectròmetre d’energia és més ràpida que la de l’espectròmetre d’energia. A causa de l’alta velocitat i el baix cost dels espectròmetres d’energia, la microscòpia electrònica SCANNING general està equipada amb espectròmetres d’energia.

Amb el diferent mode d’escaneig del feix d’electrons, l’espectròmetre d’energia pot analitzar el punt, la línia i el pla de la superfície i obtenir la informació de diferent distribució d’elements.L’anàlisi puntual dóna tots els elements d’un punt; Anàlisi de línia Un anàlisi d’elements es realitza cada vegada en una línia especificada i la distribució de la línia de tots els elements s’obté mitjançant un escaneig múltiple. Anàlisi de superfícies L’anàlisi de tots els elements d’una superfície determinada. El contingut de l’element mesurat és la mitjana del rang de mesures de superfície.

En l’anàlisi de PCB, l’espectròmetre dispersiu d’energia s’utilitza principalment per a l’anàlisi de la composició de la superfície del coixinet i l’anàlisi elemental de contaminants a la superfície del coixinet i el pin de plom amb poca soldabilitat. La precisió de l’anàlisi quantitativa de l’espectròmetre d’energia és limitada i, generalment, el contingut inferior al 0.1% no és fàcil de detectar. La combinació de l’espectre d’energia i el SEM poden obtenir la informació de morfologia i composició superficial simultàniament, motiu pel qual són àmpliament utilitzats.

8. Anàlisi d’espectroscòpia de fotoelectrons (XPS)

Les mostres per irradiació de raigs X permeten que la superfície dels electrons de la carcassa interna de l’àtom s’escapi de l’esclavitud del nucli i es formi la superfície sòlida, mesurant la seva energia cinètica l’ex, els electrons de la carcassa interna de l’àtom poden obtenir l’energia d’unió de Eb, Eb va variar entre diferents elements i diferents closques electròniques, són les “empremtes digitals” dels paràmetres d’identificació dels àtoms, la formació de la línia espectral és l’espectroscòpia fotoelectrònica (XPS). XPS es pot utilitzar per a l’anàlisi qualitativa i quantitativa d’elements en superfície poc profunda (diversos nanòmetres) de la superfície de la mostra. A més, es pot obtenir informació sobre els estats de valència química dels elements a partir de canvis químics d’energia d’unió. Pot donar la informació de l’enllaç entre l’estat de valència de la capa superficial i els elements circumdants. El feix incident és un feix de fotons de raigs X, de manera que es pot dur a terme una anàlisi de la mostra d’aïllament sense danyar l’anàlisi ràpida de diversos elements de la mostra analitzada; Les multicapes també es poden analitzar longitudinalment mitjançant un stripping d’ions argó (vegeu el cas següent) amb una sensibilitat molt superior a l’espectre d’energia (EDS). XPS s’utilitza principalment en l’anàlisi de l’anàlisi de qualitat del recobriment de PCB, anàlisi de contaminació i anàlisi del grau d’oxidació, per tal de determinar la raó profunda de la poca soldabilitat.

9. Escaneig diferencial Calorim-etry

Un mètode per mesurar la diferència d’entrada de potència entre una substància i una substància de referència en funció de la temperatura (o el temps) sota control de temperatura programat. DSC està equipat amb dos grups de fils de calefacció de compensació sota el contenidor de mostra i de referència, quan la mostra en el procés de calefacció a causa de l’efecte tèrmic i la diferència de temperatura de referència δ T, a través del circuit amplificador de calor diferencial i l’amplificador de compensació de calor diferencial, de manera que canvia el corrent que flueix cap al cable de compensació de la calefacció.

La diferència de temperatura δ T desapareix i es registra la relació entre la diferència de la potència tèrmica de les dues mostres compensades elèctricament i el material de referència amb la temperatura (o el temps). Segons aquesta relació, es poden estudiar i analitzar les propietats fisicoquímiques i termodinàmiques del material. El DSC s’utilitza àmpliament en l’anàlisi de PCB, però s’utilitza principalment per mesurar el grau de curació de diversos materials polimèrics utilitzats en la temperatura de transformació de l’estat del PCB i del vidre, aquests dos paràmetres determinen la fiabilitat del PCB en el procés posterior.

10. Analitzador termomecànic (TMA)

L’anàlisi mecànica tèrmica s’utilitza per mesurar les propietats de deformació de sòlids, líquids i gels sota forces tèrmiques o mecàniques sota control de temperatura programat. Els mètodes de càrrega més utilitzats inclouen compressió, inserció de passadors, estirament, flexió, etc. La sonda de prova consisteix en fixació sobre el feix cantilever i el suport de molla helicoïdal, a través del motor de la càrrega aplicada, quan es produeix la deformació de la mostra, transformador diferencial per detectar el canvi i juntament amb el processament de dades, com ara temperatura, tensió i tensió després el material es pot obtenir sota les relacions de deformació de càrrega insignificants amb la temperatura (o el temps). Segons la relació entre deformació i temperatura (o temps), es poden estudiar i analitzar les propietats fisicoquímiques i termodinàmiques dels materials. El TMA s’utilitza àmpliament en l’anàlisi de PCB i s’utilitza principalment per mesurar els dos paràmetres més crítics del PCB: el coeficient d’expansió lineal i la temperatura de transició del vidre. El PCB amb un coeficient d’expansió massa gran sovint conduirà a la fractura dels forats metal·litzats després de la soldadura i el muntatge.