Cum’è u trasportatore di vari cumpunenti è u centru di trasmissione di u segnale di circuitu, PCB hè diventatu a parte più impurtante è chjave di i prudutti di l’infurmazione elettronica, u so livellu di qualità è affidabilità determina a qualità è l’affidabilità di tuttu l’equipaggiu. Tuttavia, per ragioni di costi è tecniche, ci sò assai prublemi di fallimentu in a produzzione è l’applicazione di PCB.

Per stu tipu di prublema di fallimentu, avemu bisognu di aduprà alcune tecniche di analisi di fallimentu comunemente aduprate per assicurà u livellu di qualità è affidabilità di PCB in a fabricazione. Questu documentu riassume dece tecniche di analisi di fallimentu per riferimentu.

Meccanismu è analisi di cause di fallimentu PCB

1. Una ispezione visuale

L’ispezione di l’aspettu hè di ispezionà visivamente o aduprà alcuni strumenti semplici, cum’è microscopiu stereoscopicu, microscopiu metallograficu o ancu lente di ingrandimentu, per verificà l’aspettu di u PCB è truvà e parti fallite è e prove fisiche pertinenti. A funzione principale hè di localizà u fallimentu è preliminarmente ghjudicà u modu di fallimentu di PCB. L’ispezione di l’aspettu cuntrolla principalmente l’inquinamentu di PCB, a currusione, a lucazione di a splusione di u bordu, u filatu di u circuitu è ​​a rigularità di u fiascu, s’ellu hè batch o individuale, ch’ellu sia sempre cuncentratu in una certa zona, ecc. 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. Fluoroscopia à raggi X

Per alcune parti chì ùn ponu micca esse ispezionate da l’aspettu, è ancu l’internu di u PCB attraversu u foru è altri difetti interni, duvemu aduprà un sistema di fluoroscopia à raggi X per verificà. U sistema di fluoroscopia à raggi X hè l’usu di spessore differente di materiale o di densità differente di materiale di igroscopicità di raggi X o trasmissione di diversi principi à l’imaging. Questa tecnulugia hè più aduprata per verificà a situazione di i difetti in i giunti di saldatura PCBA, attraversu difetti di fori è difetti in dispositivi BGA o CSP cun imballaggi ad alta densità. 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. Analisi di sezzioni

L’analisi di a fetta hè u prucessu per uttene una struttura di sezione trasversale di PCB per campionamentu, mosaicu, fetta, lucidatura, corrosione, osservazione è una serie di metudi è passi. 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; In listessu tempu, u metudu di i requisiti di campionu hè altu, u tempu di preparazione di i campioni hè ancu longu, a necessità di persunale tecnicu addestratu da compie. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Microscopiu acusticu à scansione

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. À questu puntu, u microscopiu acusticu di scansione mostra u so vantaghju speciale in a rilevazione non distruttiva di PCB ad alta densità multi-stratu. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Analisi microinfrared

L’analisi micro infrarouge hè a spettroscopia infrarossa cumbinata cù u metudu di analisi microscopicu, utilizza materiale diversu (principalmente materia organica) nantu à u principiu di l’assorbimentu di u spettru infrarossu, analizendu a cumpusizioni cumposta di i materiali, accumpagnata cù u microscopiu pò fà luce visibile è luce infrarossa cù u percorsu di a luce, fintantu chì sottu à u campu visuale, pò circà l’analisi di tracce di contaminanti organici. In mancanza di un microscopiu, a spettroscopia infrarossa di solitu pò analizà solu grandi campioni. 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. Analisi di microscopia elettronica à scansione

U Microscopiu Elettronicu à Scansione (SEM) hè unu di i sistemi di imaging microscopichi elettronichi à grande scala più utili per l’analisi di fallimenti. U so principiu di travagliu hè di furmà un raggiu di elettroni cun diametru di decine à migliaia di angstromi (A) focalizendu u raggiu di l’elettroni emessu da u catodu acceleratu da l’anodu. Sottu à l’azzione di deflessione di a bobina di scansione, U raggiu di l’elettroni scansiona a superficia di u campionu puntu per puntu in un certu ordine di tempu è spaziu. U raggiu di l’elettroni d’alta energia bombarda a superficia di u campionu è genera una varietà di informazioni, chì ponu esse raccolte è amplificate per uttene vari grafichi currispondenti nantu à u schermu di visualizazione. 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. L’elettroni eccitati retrodiffusi sò generati in a gamma di 100 ~ 1000nm nantu à a superficie di u campione, è emettenu caratteristiche diverse cù a differenza di u numeru atomicu di a sostanza. Dunque, a maghjina di l’elettroni retrodiffusione hà caratteristiche morfologiche è capacità di discriminazione numerica atomica, è dunque, l’immagine di l’elettroni retrodifusata pò riflette a distribuzione di elementi chimichi. U microscopiu elettronicu à scansione attuale hè statu assai putente, ogni struttura fina o caratteristiche superficiali ponu esse ingrandate à centinaie di migliaia di volte per osservazione è analisi.

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. Inoltre, a prufundità di campu di l’immagine di u microscopiu elettronicu à scansione hè assai più grande di quella di u microscopiu otticu, chì hè un metudu impurtante per l’analisi di a struttura metallografica, frattura microscopica è baffi di stagnu.

7. X-ray energy spectrum analysis

A microscopia elettronica à scansione sopra menzionata hè generalmente dotata di un spettrometru di energia à raggi X. 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. In listessu tempu, i strumenti currispundenti sò rispettivamente chjamati spettrometru di dispersione di spettru (WDS per cortu) è spettrometru di dispersione energetica (EDS per cortu) secondu a lunghezza d’onda caratteristica o l’energia caratteristica di a rilevazione di u segnale di raggi X. A risuluzione di u spettrometru hè più alta di quella di u spettrometru di l’energia, è a velocità di analisi di u spettrometru di l’energia hè più veloce di quella di u spettrometru di l’energia. A causa di l’alta velocità è u low cost di spettrometri energetichi, a microscopia elettronica generale SCANNING hè dotata di spettrometri energetici.

Cù u sfarente modu di scansione di u raggiu di l’elettroni, u spettrometru energeticu pò analizà u puntu, a linea è u pianu di a superficia, è uttene l’infurmazioni di distribuzione differente di elementi.Point analysis yields all elements of a point; Analisi di linea Un analisi di l’elementi hè realizatu annantu à una linea specificata ogni volta, è a distribuzione di linea di tutti l’elementi hè ottenuta per scansione multipla. Analisi di superficia L’analisi di tutti l’elementi in una superficia data. U cuntenutu di l’elementu misuratu hè a media di a gamma di misure di superficie.

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. A precisione di l’analisi quantitativa di u spettrometru energeticu hè limitata, è u cuntenutu menu di 0.1% ùn hè generalmente micca faciule da rilevà. A cumbinazione di spettru energeticu è SEM pò ottene l’infurmazioni di morfologia superficiale è cumpusizione simultaneamente, chì hè a ragione per chì sò largamente aduprate.

8. Analisi di spettroscopia fotoelettronica (XPS)

I campioni per irradiazione di i raggi X, a superficie di l’elettroni di a cunchiglia interna di l’atomu scapperà da a schiavitù di u nucleu è di a superficie solida furmendu, misurendu a so energia cinetica l’Ex, l’elettroni di a cunchiglia interna di l’atomu ponu esse ottenuti l’energia di legame di Eb, Eb varieghja da sfarenti elementi è sfarenti cunchju di l’elettroni, sò e “impronte digitali” di i parametri d’identificazione di l’atomu, a furmazione di a linea spettrale hè a spettroscopia fotoelettronica (XPS). XPS pò esse adupratu per analisi qualitative è quantitative di elementi nantu à una superficia bassa (parechji nanometri) di a superficie campionaria. Inoltre, l’infurmazioni nantu à i stati di valenza chimica di l’elementi ponu esse ottenute da spostamenti chimichi di energia di legame. Pò dà l’infurmazioni di u ligame trà u statu di valenza di u stratu superficiale è l’elementi circundanti. 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; I multistrati ponu ancu esse analizzati longitudinalmente per spugliatura di ioni argon (vede u casu sottu) cun sensibilità assai più grande di u spettru energeticu (EDS). XPS hè adupratu principalmente in l’analisi di l’analisi di a qualità di u rivestimentu PCB, l’analisi di l’inquinamentu è l’analisi di u gradu di ossidazione, per determinà a ragione profonda di una saldabilità scarsa.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Un metudu per misurà a differenza di putenza in entrata trà una sostanza è una sostanza di riferimentu in funzione di a temperatura (o di u tempu) sottu u cuntrollu di temperatura programmatu. 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)

L’analisi Meccanica Termica hè aduprata per misurà e pruprietà di deformazione di solidi, liquidi è gel in forze Termiche o Meccaniche sottu un cuntrollu di temperatura programmatu. I metudi di carica cumunemente usati includenu cumpressione, inserimentu di pin, stinzamentu, curvatura, ecc. A sonda di prova hè custituita da un fissu nantu à u fasciu cantilever è un supportu elicoidale di primavera, attraversu u mutore di a carica applicata, quandu si verifica a deformazione di u campione, trasformatore differenziale per rilevà u cambiamentu, è assemi à l’elaborazione di dati, cume a temperatura, u stress è a tensione dopu u materiale pò esse ottenutu sottu à e relazioni trasformabili di carica trascurabile cù a temperatura (o u tempu). Sicondu a relazione trà deformazione è temperatura (o tempu), e proprietà fisico-chimiche è termodinamiche di i materiali ponu esse studiate è analizate. TMA hè largamente adupratu in l’analisi di PCB è hè adupratu principalmente in a misurazione di i dui parametri più critichi di PCB: coefficiente di espansione lineare è temperatura di transizione di u vetru. I PCB cun troppu grande coefficiente di espansione spessu cunduceranu à u fracassu di a frattura di i fori metallizati dopu a saldatura è l’assemblea.