Jako nosič různých komponent a rozbočovač přenosu signálu obvodu, PCB se stala nejdůležitější a klíčovou součástí elektronických informačních produktů, její kvalita a úroveň spolehlivosti určuje kvalitu a spolehlivost celého zařízení. Z nákladových a technických důvodů je však při výrobě a aplikaci desek plošných spojů spousta problémů se selháním.

Pro tento druh problému se selháním musíme použít některé běžně používané techniky analýzy poruch, abychom zajistili úroveň kvality a spolehlivosti PCB ve výrobě. Tento článek shrnuje deset technik analýzy selhání pro referenci.

Analýza mechanismu a příčiny selhání desky plošných spojů

1. Vizuální kontrola

Kontrola vzhledu je vizuální kontrola nebo použití některých jednoduchých nástrojů, jako je stereoskopický mikroskop, metalografický mikroskop nebo dokonce zvětšovací sklo, ke kontrole vzhledu DPS a nalezení vadných částí a příslušných fyzických důkazů. Hlavní funkcí je lokalizovat poruchu a předběžně posoudit poruchový režim PCB. Kontrola vzhledu kontroluje především znečištění DPS, korozi, umístění výbuchu desky, zapojení obvodů a pravidelnost poruchy, je -li dávková nebo individuální, zda je vždy soustředěna v určité oblasti atd. Po sestavení PCBA bylo navíc odhaleno selhání mnoha PCBS. Zda byla porucha způsobena vlivem procesu montáže a materiálů použitých v procesu, také vyžaduje pečlivé prozkoumání charakteristik oblasti poruchy.

2. Rentgenová fluoroskopie

U některých částí, které nelze kontrolovat vzhledem, jakož i vnitřkem DPS skrz otvor a jinými vnitřními vadami, musíme ke kontrole použít rentgenový fluoroskopický systém. Rentgenový fluoroskopický systém je použití různé tloušťky materiálu nebo různé hustoty materiálu rentgenové hygroskopicity nebo propustnosti různých principů pro zobrazování. Tato technologie se více používá ke kontrole umístění defektů v pájecích spojích PCBA, defektů otvorů a defektů v zařízeních BGA nebo CSP s balením s vysokou hustotou. V současné době může rozlišení průmyslového rentgenového fluoroskopického zařízení dosáhnout méně než jednoho mikronu a mění se z dvourozměrného na trojrozměrné zobrazovací zařízení. K kontrole balení se používá dokonce pětidimenzionální (5D) zařízení, ale tento 5D rentgenový fluoroskopický systém je velmi drahý a jen zřídka má v průmyslu praktické uplatnění.

3. Analýza sekcí

Analýza řezů je proces získání struktury průřezu DPS pomocí vzorkování, mozaiky, řezání, leštění, koroze, pozorování a řady metod a kroků. Hojné informace o mikrostruktuře DPS (průchozí otvor, povlak atd.) Lze získat analýzou řezů, která poskytuje dobrý základ pro další zlepšení kvality. Tato metoda je však destruktivní, jakmile je řez proveden, vzorek bude nevyhnutelně zničen; Současně je metoda požadavků na vzorky vysoká, doba přípravy vzorků je také dlouhá a je potřeba dokončit vyškolený technický personál. Podrobné postupy krájení najdete ve standardech IPC IPC-TM-650 2.1.1 a IPC-MS-810.

4. Skenovací akustický mikroskop

V současné době se ultrazvukový skenovací akustický mikroskop v režimu C používá hlavně k elektronickému balení nebo montážní analýze. Využívá změny amplitudy, fáze a polarity generované odrazem vysokofrekvenčního ultrazvuku na nespojité rozhraní materiálů k obrazu a jeho režim skenování je skenování informací v rovině XY podél osy Z. Proto lze skenovací akustickou mikroskopii použít k detekci různých defektů, včetně trhlin, delaminace, inkluzí a dutin v součástech, materiálech a deskách plošných spojů a PCBA. Vnitřní vady pájených spojů lze také přímo detekovat, pokud je dostatečná frekvenční šířka skenovací akustiky. U typického skenovacího akustického obrazu v barevné červené výstraze uvedené vady existují, protože velké množství plastových obalových komponentů použitých v procesu SMT vede do procesu bezolovnaté technologie velké množství problémů citlivých na přetavení vlhkosti, konkrétně absorpce vlhkosti práškových lakovacích zařízení bude při vyšší teplotě přetavení, dojde k bezolovnatému procesu uvnitř nebo prasknutí vrstvy substrátu, Při vysoké teplotě bezolovnatého procesu bude běžný PCB často praskat. V tomto okamžiku ukazuje skenovací akustický mikroskop svou zvláštní výhodu v nedestruktivní detekci vícevrstvých desek plošných spojů s vysokou hustotou. Obecně zjevnou prasklou desku lze zjistit vizuální kontrolou.

5. Mikroinfračervená analýza

Mikro infračervená analýza je infračervená spektroskopie kombinovaná s metodou mikroskopické analýzy, používá jiný materiál (hlavně organickou hmotu) na principu absorpce infračerveného spektra, analýza složení materiálu, spojená s mikroskopem, může vytvářet viditelné světlo a infračervené světlo se světelnou cestou, pokud je pod zorným polem, lze hledat analýzu stopových organických polutantů. Při absenci mikroskopu může infračervená spektroskopie obvykle analyzovat pouze velké vzorky. V mnoha případech může stopové znečištění v elektronickém procesu vést ke špatné svařitelnosti desky plošných spojů nebo vývodů. Lze si představit, že je obtížné vyřešit problém procesu bez odpovídajícího infračerveného spektra mikroskopu. Hlavní použití mikroskopické infračervené analýzy je analyzovat organické znečišťující látky na povrchu svaru nebo povrchu pájeného bodu a analyzovat příčiny koroze nebo špatné pájitelnosti.

6. Analýza skenovací elektronovou mikroskopií

Skenovací elektronový mikroskop (SEM) je jedním z nejužitečnějších velkoplošných elektronových mikroskopických zobrazovacích systémů pro analýzu poruch. Jeho principem práce je vytvoření elektronového paprsku o průměru desítek až tisíců angströmů (A) zaostřením elektronového paprsku vyzařovaného z katody zrychlené anodou. Působením vychýlení skenovací cívky Elektronový paprsek skenuje povrch vzorku bod po bodu v určitém časovém a prostorovém pořadí. Vysokoenergetický elektronový paprsek bombarduje povrch vzorku a generuje různé informace, které lze shromažďovat a zesilovat, aby se na obrazovce zobrazila různá odpovídající grafika. Budené sekundární elektrony jsou generovány v rozsahu 5 ~ 10 nm na povrchu vzorku. Sekundární elektrony proto mohou lépe odrážet povrchovou topografii vzorku, takže se nejčastěji používají k pozorování morfologie. Vybuzené zpětně rozptýlené elektrony jsou generovány v rozsahu 100 ~ 1000 XNUMX nm na povrchu vzorku a vyzařují různé charakteristiky s rozdílem atomového čísla látky. Zpětně rozptýlený elektronový obraz má proto morfologické vlastnosti a schopnost rozlišovat atomová čísla, a proto zpětně rozptýlený elektronový obraz může odrážet distribuci chemických prvků. Tento skenovací elektronový mikroskop byl velmi účinný, jakoukoli jemnou strukturu nebo povrchové rysy lze pro pozorování a analýzu zvětšit až statisíckrát.

V analýze selhání PCB nebo pájecího spoje se SEM používá hlavně pro analýzu mechanismu selhání, konkrétně se používá k pozorování povrchové morfologické struktury podložky, metalografické struktury pájeného spoje, měření intermetalických sloučenin, musí být analyzována analýza pájitelného povlaku a cínu a změřeno. Na rozdíl od optického mikroskopu vytváří rastrovací elektronový mikroskop elektronické obrazy, takže má pouze černé a bílé barvy. Navíc je pro vedení elektřiny vyžadován vzorek rastrovacího elektronového mikroskopu a nevodič a část polovodiče je třeba postříkat zlatem nebo uhlíkem, jinak se náboj hromadí na povrchu vzorku a ovlivňuje pozorování vzorku . Hloubka ostrosti obrazu rastrovacího elektronového mikroskopu je navíc mnohem větší než hloubka optického mikroskopu, což je důležitá metoda pro analýzu metalografické struktury, mikroskopické zlomeniny a cínových vousů.

7. Analýza spektra energie rentgenového záření

Výše uvedená skenovací elektronová mikroskopie je obvykle vybavena rentgenovým energetickým spektrometrem. Když vysokoenergetický elektronový paprsek dopadne na povrch, povrchový materiál vnitřních elektronů v atomech je bombardován únikem, přechod z vnější elektrony na nízkou úroveň energie bude inspirovat charakteristický rentgenový paprsek, rozdíl v úrovni atomové energie různých prvků z různých charakteristických rentgenových paprsků se liší, proto může poslat vzorek charakteristik rentgenového záření jako analýzu chemického složení. Příslušné přístroje se současně nazývají spektrální disperzní spektrometr (zkráceně WDS) a energetický disperzní spektrometr (zkráceně EDS) podle charakteristické vlnové délky nebo charakteristické energie detekce rentgenového signálu. Rozlišení spektrometru je vyšší než u energetického spektrometru a rychlost analýzy energetického spektrometru je vyšší než u energetického spektrometru. Vzhledem k vysoké rychlosti a nízkým nákladům na energetické spektrometry je obecná SKENOVACÍ elektronová mikroskopie vybavena energetickými spektrometry.

S různým režimem skenování elektronového paprsku může energetický spektrometr analyzovat bod, čáru a rovinu povrchu a získat informace o různých distribucích prvků.Bodová analýza poskytuje všechny prvky bodu; Analýza čáry Pokaždé se na zadané lince provede analýza jednoho prvku a distribuce čar všech prvků se získá vícenásobným skenováním. Analýza povrchu Analýza všech prvků na daném povrchu. Naměřený obsah prvku je průměrem rozsahu povrchových měření.

Při analýze PCB se energeticky disperzní spektrometr používá hlavně pro analýzu složení povrchu podložky a elementární analýzu nečistot na povrchu podložky a olověného kolíku se špatnou pájitelností. Přesnost kvantitativní analýzy energetického spektrometru je omezená a obsah menší než 0.1% není obecně snadné detekovat. Kombinace energetického spektra a SEM může získat informace o povrchové morfologii a složení současně, což je důvod, proč jsou široce používány.

8. Analýza fotoelektronové spektroskopie (XPS)

Vzorky ozařováním rentgenovým zářením povrch elektronů vnitřního obalu atomu unikne z otroctví jádra a pevného povrchu, přičemž se měří jeho kinetická energie Ex, elektrony vnitřního obalu atomu lze získat vazebnou energii Eb, Eb se lišily od různých prvků a různých elektronových obalů, jsou to „otisky prstů“ parametrů identifikace atomu, tvorba spektrální čáry je fotoelektronová spektroskopie (XPS). XPS lze použít pro kvalitativní a kvantitativní analýzu prvků na mělkém povrchu (několik nanometrů) povrchu vzorku. Kromě toho lze informace o chemických valenčních stavech prvků získat z chemických posunů vazebné energie. Může poskytnout informace o vazbě mezi valenčním stavem povrchové vrstvy a okolními prvky. Dopadající paprsek je rentgenový fotonový paprsek, takže lze provést analýzu izolačního vzorku, aniž by došlo k poškození analyzované vzorky rychlou víceprvkovou analýzou; Vícevrstvé lze také analyzovat podélně stripováním argonovými ionty (viz případ níže) s mnohem větší citlivostí než energetické spektrum (EDS). XPS se používá hlavně při analýze analýzy kvality povlaku PCB, analýze znečištění a analýze stupně oxidace, aby se určil hlavní důvod špatné svařitelnosti.

9. Diferenční skenovací kalorimetrie

Způsob měření rozdílu v příkonu mezi látkou a referenční látkou jako funkce teploty (nebo času) při naprogramované regulaci teploty. DSC je vybaven dvěma skupinami kompenzačního topného drátu pod vzorkem a referenční nádobou, když vzorek v procesu ohřevu v důsledku tepelného účinku a rozdílu referenční teploty δ T, obvodem zesilovače diferenciálního tepla a zesilovačem kompenzace diferenciálního tepla, takže proud tekoucí do kompenzačního topného drátu se mění.

Teplotní rozdíl δ T zmizí a zaznamená se vztah mezi rozdílem tepelného výkonu dvou elektricky kompenzovaných vzorků a referenčního materiálu s teplotou (nebo časem). Podle tohoto vztahu lze studovat a analyzovat fyzikálně chemické a termodynamické vlastnosti materiálu. DSC je široce používán v analýze PCB, ale používá se hlavně k měření stupně vytvrzování různých polymerních materiálů používaných při teplotě transformace PCB a stavu skla. Tyto dva parametry určují spolehlivost PCB v následném procesu.

10. Termomechanický analyzátor (TMA)

Thermal Mechanical Analysis se používá k měření deformačních vlastností pevných látek, kapalin a gelů při tepelných nebo mechanických silách pod naprogramovanou regulací teploty. Mezi běžně používané metody zatížení patří komprese, vkládání kolíků, roztahování, ohýbání atd. Zkušební sonda se skládá z upevněného na konzolovém nosníku a podpory šroubovicové pružiny, přes motor působícího zatížení, když dojde k deformaci vzorku, diferenciálního transformátoru pro detekci změny a společně se zpracováním dat, jako je teplota, napětí a deformace po materiál lze získat za zanedbatelných vztahů deformace zatížení s teplotou (nebo časem). Podle vztahu mezi deformací a teplotou (nebo časem) lze studovat a analyzovat fyzikálně -chemické a termodynamické vlastnosti materiálů. TMA je široce používán v analýze PCB a používá se hlavně při měření dvou nejkritičtějších parametrů PCB: koeficientu lineární roztažnosti a teploty skelného přechodu. PCB s příliš velkým koeficientem roztažnosti často povede k porušení lomu metalizovaných otvorů po svařování a montáži.