Als Träger verschiedener Komponenten und Drehscheibe der Schaltungssignalübertragung, PCB zum wichtigsten und wichtigsten Bestandteil elektronischer Informationsprodukte geworden ist, bestimmt sein Qualitäts- und Zuverlässigkeitsniveau die Qualität und Zuverlässigkeit der gesamten Ausrüstung. Aus Kosten- und technischen Gründen gibt es jedoch viele Fehlerprobleme in der Leiterplattenproduktion und -anwendung.

Für diese Art von Fehlerproblemen müssen wir einige häufig verwendete Fehleranalysetechniken anwenden, um die Qualität und Zuverlässigkeit von PCBs in der Fertigung sicherzustellen. Dieses Papier fasst zehn Fehleranalysetechniken als Referenz zusammen.

Mechanismus- und Ursachenanalyse von PCB-Ausfällen

1. Eine Sichtprüfung

Bei der Aussehensprüfung wird das Aussehen der Leiterplatte visuell überprüft oder mit einigen einfachen Instrumenten wie einem Stereomikroskop, einem metallografischen Mikroskop oder sogar einer Lupe überprüft, um die fehlerhaften Teile und relevante physische Beweise zu finden. Die Hauptfunktion besteht darin, den Fehler zu lokalisieren und den Fehlermodus der PCB vorläufig zu beurteilen. Die Aussehensinspektion überprüft hauptsächlich die PCB-Verschmutzung, Korrosion, den Ort der Platinenexplosion, die Schaltungsverdrahtung und die Regelmäßigkeit von Fehlern, ob es sich um Chargen oder Einzelfehler handelt, ob es sich immer auf einen bestimmten Bereich konzentriert usw. Außerdem wurde der Ausfall vieler PCBS nach der Bestückung von PCBA entdeckt. Ob das Versagen durch den Einfluss des Montageprozesses und der dabei verwendeten Materialien verursacht wurde, erfordert auch eine sorgfältige Prüfung der Eigenschaften des Versagensbereichs.

2. Röntgendurchleuchtung

Bei einigen Teilen, die aufgrund des Aussehens nicht inspiziert werden können, sowie bei der Innenseite des PCB-Durchgangslochs und anderen internen Defekten müssen wir ein Röntgendurchleuchtungssystem verwenden, um dies zu überprüfen. Röntgendurchleuchtungssystem ist die Verwendung unterschiedlicher Materialdicken oder unterschiedlicher Materialdichte der Röntgenstrahlenhygroskopizität oder Durchlässigkeit unterschiedlicher Prinzipien für die Bildgebung. Diese Technologie wird eher verwendet, um die Position von Fehlern in PCBA-Lötverbindungen, Durchgangslochfehlern und Fehlern in BGA- oder CSP-Bauelementen mit hoher Packungsdichte zu überprüfen. Gegenwärtig kann die Auflösung industrieller Röntgendurchleuchtungsgeräte weniger als ein Mikrometer erreichen und ändert sich von zweidimensionalen zu dreidimensionalen Bildgebungsgeräten. Es gibt sogar fünfdimensionale (5D) Geräte, die für die Verpackungsinspektion verwendet werden, aber dieses 5D-Röntgendurchleuchtungssystem ist sehr teuer und findet in der Industrie selten praktische Anwendung.

3. Schnittanalyse

Die Slice-Analyse ist der Prozess zum Erhalten der PCB-Querschnittsstruktur durch Probenahme, Mosaik, Slice, Polieren, Korrosion, Beobachtung und eine Reihe von Methoden und Schritten. Durch die Schichtanalyse lassen sich zahlreiche Informationen über die Mikrostruktur von Leiterplatten (Durchgangsloch, Beschichtung etc.) gewinnen, die eine gute Grundlage für die nächste Qualitätsverbesserung darstellen. Diese Methode ist jedoch destruktiv, da die Probe nach dem Schneiden unweigerlich zerstört wird; Gleichzeitig sind die Anforderungen an die Methode der Proben hoch, die Probenvorbereitungszeit ist auch lang und der Bedarf an geschultem technischem Personal ist erforderlich. Detaillierte Slicing-Verfahren finden Sie in den IPC-Standards IPC-TM-650 2.1.1 und IPC-MS-810.

4. Akustisches Rastermikroskop

Derzeit wird das C-Mode-Ultraschall-Scanning-Akustik-Mikroskop hauptsächlich für die Analyse von Elektronikverpackungen oder Baugruppen verwendet. Es nutzt die Amplituden-, Phasen- und Polaritätsänderungen, die durch die Reflexion von Hochfrequenz-Ultraschall an der diskontinuierlichen Grenzfläche von abzubildenden Materialien erzeugt werden, und sein Scanmodus besteht darin, die Informationen in der XY-Ebene entlang der Z-Achse zu scannen. Daher kann die Rasterakustikmikroskopie verwendet werden, um verschiedene Defekte, einschließlich Risse, Delamination, Einschlüsse und Hohlräume, in Komponenten, Materialien und PCB und PCBA zu erkennen. Auch innere Defekte von Lötstellen können direkt erkannt werden, wenn die Frequenzbreite der Scanakustik ausreichend ist. Von einem typischen akustischen Abtastbild in Farbe rot warnen die genannten Defekte, da eine große Menge von Kunststoff-Verpackungskomponenten im SMT-Prozess verwendet wird, durch eine Einführung in den Prozess der bleifreien Technologie, eine große Anzahl von feuchtigkeitsempfindlichen Reflow-Problemen, nämlich die Feuchtigkeitsaufnahme von Pulverbeschichtungsgeräten erfolgt bei einer höheren Temperatur Reflow bleifreier Prozess tritt innerhalb der Substratschicht auf, Rissphänomen, Unter der hohen Temperatur des bleifreien Prozesses platzt häufig das Platinenphänomen gängiger Leiterplatten. An dieser Stelle zeigt das Rasterakustikmikroskop seinen besonderen Vorteil bei der zerstörungsfreien Detektion von mehrlagigen High-Density-Leiterplatten. Die allgemein offensichtliche Berstplatte kann durch Sichtprüfung festgestellt werden.

5. Mikroinfrarot-Analyse

Die Mikroinfrarotanalyse ist eine Infrarotspektroskopie in Kombination mit einer Mikroskopanalysemethode. Sie verwendet verschiedene Materialien (hauptsächlich organische Stoffe) nach dem Prinzip der Infrarotspektrumabsorption, die Analyse der Zusammensetzung der Materialien, gekoppelt mit dem Mikroskop kann sichtbares Licht und Infrarotlicht erzeugen mit dem Lichtweg, solange sich unter dem Gesichtsfeld befindet, kann zur Analyse von Spuren organischer Schadstoffe gesucht werden. In Ermangelung eines Mikroskops kann die Infrarotspektroskopie normalerweise nur große Proben analysieren. In vielen Fällen kann eine Spurenverschmutzung in elektronischen Prozessen zu einer schlechten Schweißbarkeit von PCB-Pads oder Anschlussstiften führen. Es ist vorstellbar, dass das Prozessproblem ohne das passende Infrarotspektrum des Mikroskops nur schwer zu lösen ist. Die Hauptanwendung der mikroskopischen Infrarotanalyse besteht darin, die organischen Schadstoffe auf der Schweißoberfläche oder Lötpunktoberfläche zu analysieren und die Ursachen von Korrosion oder schlechter Lötbarkeit zu analysieren.

6. Rasterelektronenmikroskopische Analyse

Das Rasterelektronenmikroskop (REM) ist eines der nützlichsten großmaßstäblichen elektronenmikroskopischen Bildgebungssysteme für die Fehleranalyse. Sein Arbeitsprinzip besteht darin, einen Elektronenstrahl mit einem Durchmesser von zehn bis tausend Angström (A) zu erzeugen, indem der von der Kathode emittierte Elektronenstrahl fokussiert wird, der von der Anode beschleunigt wird. Unter der Einwirkung der Ablenkung der Abtastspule, Der Elektronenstrahl tastet die Oberfläche der Probe Punkt für Punkt in einer bestimmten zeitlichen und räumlichen Reihenfolge ab. Der hochenergetische Elektronenstrahl bombardiert die Oberfläche der Probe und erzeugt eine Vielzahl von Informationen, die gesammelt und verstärkt werden können, um verschiedene entsprechende Grafiken auf dem Bildschirm zu erhalten. Die angeregten Sekundärelektronen werden im Bereich von 5 bis 10 nm auf der Probenoberfläche erzeugt. Daher können die Sekundärelektronen die Oberflächentopographie der Probe besser reflektieren, so dass sie am häufigsten für die Morphologiebeobachtung verwendet werden. Die angeregten Rückstreuelektronen werden im Bereich von 100 ~ 1000 nm auf der Oberfläche der Probe erzeugt und emittieren unterschiedliche Eigenschaften mit der unterschiedlichen Ordnungszahl der Substanz. Daher weist das Rückstreuelektronenbild morphologische Eigenschaften und eine Fähigkeit zur Unterscheidung der Ordnungszahl auf, und daher kann das Rückstreuelektronenbild die Verteilung chemischer Elemente widerspiegeln. Das gegenwärtige Rasterelektronenmikroskop ist sehr leistungsstark, jede feine Struktur oder Oberflächenstruktur kann zur Beobachtung und Analyse auf das Hunderttausendfache vergrößert werden.

Bei der Fehleranalyse von Leiterplatten oder Lötstellen wird REM hauptsächlich zur Analyse von Fehlermechanismen verwendet, insbesondere zur Beobachtung der Oberflächenmorphologiestruktur des Pads, der metallographischen Struktur der Lötstelle, der Messung intermetallischer Verbindungen, der Analyse von lötbaren Beschichtungen und Zinn muss analysiert werden und gemessen. Anders als das optische Mikroskop erzeugt das Rasterelektronenmikroskop elektronische Bilder, hat also nur schwarze und weiße Farben. Darüber hinaus muss die Probe des Rasterelektronenmikroskops Strom leiten, und der Nichtleiter und ein Teil des Halbleiters müssen mit Gold oder Kohlenstoff besprüht werden, da sich sonst die Ladung auf der Oberfläche der Probe ansammelt und die Probenbeobachtung beeinträchtigt . Außerdem ist die Schärfentiefe des Rasterelektronenmikroskopbildes viel größer als die des optischen Mikroskops, was eine wichtige Methode zur Analyse der metallographischen Struktur, des mikroskopischen Bruchs und der Zinnwhisker ist.

7. Analyse des Röntgenenergiespektrums

Die oben erwähnte Rasterelektronenmikroskopie ist üblicherweise mit einem Röntgenenergiespektrometer ausgestattet. Wenn der hochenergetische Elektronenstrahl auf die Oberfläche trifft, wird das Oberflächenmaterial der inneren Elektronen in den Atomen bombardiert, entweichen, äußere Elektronen zu einem Übergang zu einem niedrigen Energieniveau werden charakteristische Röntgenstrahlen anregen, Atomenergieniveauunterschiede verschiedener Elemente von unterschiedlichen charakteristischen Röntgenstrahlen anders ist, kann daher eine Probe der Eigenschaften von Röntgenstrahlen als chemische Zusammensetzungsanalyse senden. Gleichzeitig werden die entsprechenden Geräte entsprechend der charakteristischen Wellenlänge bzw. charakteristischen Energie der Röntgensignaldetektion als Spektrum-Dispersions-Spektrometer (kurz WDS) bzw. Energie-Dispersions-Spektrometer (kurz EDS) bezeichnet. Die Auflösung des Spektrometers ist höher als die des Energiespektrometers und die Analysegeschwindigkeit des Energiespektrometers ist schneller als die des Energiespektrometers. Wegen der hohen Geschwindigkeit und geringen Kosten von Energiespektrometern ist die allgemeine SCANNING-Elektronenmikroskopie mit Energiespektrometern ausgestattet.

Mit dem unterschiedlichen Abtastmodus des Elektronenstrahls kann das Energiespektrometer den Punkt, die Linie und die Ebene der Oberfläche analysieren und die Informationen über die unterschiedliche Verteilung von Elementen erhalten.Die Punktanalyse liefert alle Elemente eines Punktes; Linienanalyse Es wird jeweils eine Elementanalyse auf einer bestimmten Linie durchgeführt, und die Linienverteilung aller Elemente wird durch mehrfaches Scannen erhalten. Oberflächenanalyse Die Analyse aller Elemente in einer bestimmten Oberfläche. Der gemessene Elementgehalt ist der Durchschnitt des Bereichs der Oberflächenmessungen.

Bei der Analyse von PCB wird das energiedispersive Spektrometer hauptsächlich für die Analyse der Zusammensetzung der Pad-Oberfläche und die Elementaranalyse von Verunreinigungen auf der Oberfläche von Pads und Anschlussstiften mit schlechter Lötbarkeit verwendet. Die quantitative Analysegenauigkeit von Energiespektrometern ist begrenzt und ein Gehalt von weniger als 0.1% ist im Allgemeinen nicht leicht zu erkennen. Die Kombination von Energiespektrum und REM kann gleichzeitig Informationen über Oberflächenmorphologie und -zusammensetzung erhalten, weshalb sie weit verbreitet sind.

8. Photoelektronenspektroskopie (XPS)-Analyse

Proben durch Röntgenbestrahlung, die Oberfläche der inneren Hüllenelektronen des Atoms wird aus der Bindung des Kerns und der festen Oberfläche entweichen, wobei ihre kinetische Energie die Ex gemessen wird, die inneren Hüllenelektronen des Atoms können die Bindungsenergie von Eb, Eb variiert von verschiedenen Elementen und verschiedenen Elektronenhüllen, es sind die „Fingerabdrücke“ der Atomidentifikationsparameter, die Bildung der Spektrallinie ist die Photoelektronenspektroskopie (XPS). XPS kann zur qualitativen und quantitativen Analyse von Elementen auf einer flachen Oberfläche (mehrere Nanometer) der Probenoberfläche verwendet werden. Darüber hinaus können aus chemischen Verschiebungen der Bindungsenergie Informationen über chemische Valenzzustände von Elementen gewonnen werden. Sie kann Auskunft über die Bindung zwischen dem Valenzzustand der Oberflächenschicht und den umgebenden Elementen geben. Der einfallende Strahl ist ein Röntgenphotonenstrahl, so dass eine Isolationsprobenanalyse durchgeführt werden kann, ohne die analysierte Probe zu beschädigen. Schnelle Multielementanalyse; Multilayer können auch longitudinal durch Argon-Ionen-Stripping (siehe den Fall unten) mit weitaus größerer Empfindlichkeit als das Energiespektrum (EDS) analysiert werden. XPS wird hauptsächlich bei der Analyse von PCB-Beschichtungsqualitätsanalysen, Verschmutzungsanalysen und Oxidationsgradanalysen verwendet, um den tiefen Grund der schlechten Schweißbarkeit zu bestimmen.

9. Differential Scanning Kalorim-Etry

Ein Verfahren zum Messen des Unterschieds der Leistungsaufnahme zwischen einer Substanz und einer Referenzsubstanz als Funktion der Temperatur (oder Zeit) unter programmierter Temperatursteuerung. DSC ist mit zwei Gruppen von Kompensationsheizdraht unter dem Proben- und Referenzbehälter ausgestattet, wenn die Probe im Heizprozess aufgrund des thermischen Effekts und der Referenztemperaturdifferenz δ T, durch die Differenzwärmeverstärkerschaltung und den Differenzwärmekompensationsverstärker, so dass der in den Kompensationsheizdraht fließende Strom ändert sich.

Die Temperaturdifferenz δ T verschwindet, und die Beziehung zwischen der Differenz der Wärmeleistung der beiden elektrisch kompensierten Proben und des Referenzmaterials mit der Temperatur (oder Zeit) wird aufgezeichnet. Entsprechend dieser Beziehung können die physikalisch-chemischen und thermodynamischen Eigenschaften des Materials untersucht und analysiert werden. DSC wird häufig in der PCB-Analyse verwendet, wird jedoch hauptsächlich verwendet, um den Aushärtungsgrad verschiedener Polymermaterialien zu messen, die bei der PCB- und Glaszustands-Umwandlungstemperatur verwendet werden. Diese beiden Parameter bestimmen die Zuverlässigkeit von PCB im nachfolgenden Prozess.

10 Thermomechanischer Analysator (TMA)

Die thermomechanische Analyse wird verwendet, um die Verformungseigenschaften von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gelen unter thermischen oder mechanischen Kräften unter programmierter Temperaturkontrolle zu messen. Zu den häufig verwendeten Belastungsmethoden gehören Kompression, Stifteinführung, Dehnung, Biegung usw. Die Prüfsonde besteht aus einer am Kragträger und einer Schraubenfeder befestigten Halterung, durch den Motor der aufgebrachten Last, wenn die Probenverformung auftritt, Differentialtransformator zur Erkennung der Änderung und zusammen mit der Datenverarbeitung, wie Temperatur, Spannung und Dehnung nach das Material kann unter den vernachlässigbaren Lastverformungsbeziehungen mit der Temperatur (oder Zeit) erhalten werden. Anhand der Beziehung zwischen Verformung und Temperatur (oder Zeit) können die physikalisch-chemischen und thermodynamischen Eigenschaften von Materialien untersucht und analysiert werden. TMA ist in der PCB-Analyse weit verbreitet und wird hauptsächlich zur Messung der beiden kritischsten Parameter von PCB verwendet: linearer Ausdehnungskoeffizient und Glasübergangstemperatur. Leiterplatten mit zu großem Ausdehnungskoeffizienten führen häufig zum Bruchversagen metallisierter Löcher nach dem Schweißen und der Montage.