Ως φορέας διαφόρων εξαρτημάτων και κόμβος μετάδοσης σήματος κυκλώματος, PCB έχει γίνει το πιο σημαντικό και βασικό μέρος των προϊόντων ηλεκτρονικών πληροφοριών, το επίπεδο ποιότητας και αξιοπιστίας του καθορίζει την ποιότητα και την αξιοπιστία όλου του εξοπλισμού. Ωστόσο, λόγω κόστους και τεχνικών λόγων, υπάρχουν πολλά προβλήματα αποτυχίας στην παραγωγή και εφαρμογή PCB.

Για αυτού του είδους το πρόβλημα αστοχίας, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μερικές συνήθεις τεχνικές ανάλυσης βλάβης για να διασφαλίσουμε την ποιότητα και το επίπεδο αξιοπιστίας του PCB στην κατασκευή. Αυτή η εργασία συνοψίζει δέκα τεχνικές ανάλυσης αστοχιών για αναφορά.

Μηχανισμός και ανάλυση αιτίας αστοχίας PCB

1. Οπτικός έλεγχος

Η επιθεώρηση εμφάνισης είναι ο οπτικός έλεγχος ή η χρήση ορισμένων απλών οργάνων, όπως στερεοσκοπικό μικροσκόπιο, μεταλλογραφικό μικροσκόπιο ή ακόμη και μεγεθυντικός φακός, για να ελέγξετε την εμφάνιση του PCB και να βρείτε τα αποτυχημένα μέρη και τα σχετικά φυσικά στοιχεία. Η κύρια λειτουργία είναι να εντοπίσετε την αστοχία και να κρίνετε προκαταρκτικά τον τρόπο αστοχίας του PCB. Η επιθεώρηση εμφάνισης ελέγχει κυρίως τη ρύπανση με PCB, τη διάβρωση, τη θέση της έκρηξης του σκάφους, την καλωδίωση κυκλώματος και την κανονικότητα της βλάβης, εάν είναι παρτίδα ή μεμονωμένη, αν είναι πάντα συγκεντρωμένη σε μια συγκεκριμένη περιοχή κ.λπ. 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. Φθοριοσκόπηση με ακτίνες Χ

Για ορισμένα μέρη που δεν μπορούν να ελεγχθούν από την εμφάνιση, καθώς και το εσωτερικό του PCB μέσω οπών και άλλων εσωτερικών ελαττωμάτων, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε το σύστημα φθοριοσκόπησης ακτίνων Χ για έλεγχο. Το σύστημα φθοριοσκόπησης ακτίνων Χ είναι η χρήση διαφορετικού πάχους υλικού ή διαφορετικής πυκνότητας υλικού υγροσκοπικότητας ακτίνων Χ ή μετάδοσης διαφορετικών αρχών στην απεικόνιση. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται περισσότερο για τον έλεγχο της θέσης των ελαττωμάτων στις αρθρώσεις συγκόλλησης PCBA, μέσω ελαττωμάτων και ελαττωμάτων σε συσκευές BGA ή CSP με συσκευασία υψηλής πυκνότητας. 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. Ανάλυση τμήματος

Η ανάλυση τεμαχίων είναι η διαδικασία λήψης δομής διατομής PCB μέσω δειγματοληψίας, ψηφιδωτού, τεμαχίου, στίλβωσης, διάβρωσης, παρατήρησης και μιας σειράς μεθόδων και σταδίων. Άφθονες πληροφορίες σχετικά με τη μικροδομή του PCB (μέσω οπών, επικαλύψεων κ.λπ.) μπορούν να ληφθούν με ανάλυση τεμαχίων, η οποία παρέχει μια καλή βάση για την επόμενη βελτίωση της ποιότητας. However, this method is destructive, once the slice is carried out, the sample will inevitably be destroyed; Ταυτόχρονα, η μέθοδος των απαιτήσεων δείγματος είναι υψηλή, ο χρόνος προετοιμασίας του δείγματος είναι επίσης μεγάλος, η ανάγκη για ολοκληρωμένο τεχνικό προσωπικό. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Ακουστικό μικροσκόπιο σάρωσης

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. Σε αυτό το σημείο, το ακουστικό μικροσκόπιο σάρωσης δείχνει το ιδιαίτερο πλεονέκτημά του στη μη καταστροφική ανίχνευση PCB υψηλής πυκνότητας πολλαπλών στρωμάτων. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Μικρο -υπέρυθρη ανάλυση

Η μικροανάλυση υπερύθρων είναι η φασματοσκοπία υπέρυθρων σε συνδυασμό με τη μέθοδο ανάλυσης μικροσκοπίου, χρησιμοποιεί διαφορετικό υλικό (κυρίως οργανική ύλη) με βάση την απορρόφηση του υπέρυθρου φάσματος, αναλύοντας τη σύνθετη σύνθεση των υλικών, σε συνδυασμό με το μικροσκόπιο μπορεί να κάνει ορατό φως και υπέρυθρο φως με το μονοπάτι του φωτός, όσο κάτω από το οπτικό πεδίο, μπορεί να αναζητήσει ανάλυση ιχνών οργανικών ρύπων. Ελλείψει μικροσκοπίου, η φασματοσκοπία με υπέρυθρο μπορεί συνήθως να αναλύσει μόνο μεγάλα δείγματα. 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. Ανάλυση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης

Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) είναι ένα από τα πιο χρήσιμα μεγάλης κλίμακας ηλεκτρονικά μικροσκοπικά συστήματα απεικόνισης για ανάλυση αστοχίας. Η αρχή λειτουργίας του είναι να σχηματίσει μια δέσμη ηλεκτρονίων με διάμετρο από δεκάδες έως χιλιάδες angstroms (Α) εστιάζοντας την δέσμη ηλεκτρονίων που εκπέμπεται από την κάθοδο που επιταχύνεται από την άνοδο. Κάτω από τη δράση της εκτροπής του πηνίου σάρωσης, Η δέσμη ηλεκτρονίων σαρώνει την επιφάνεια του δείγματος σημείο προς σημείο σε συγκεκριμένη σειρά χρόνου και χώρου. Η δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας βομβαρδίζει την επιφάνεια του δείγματος και παράγει μια ποικιλία πληροφοριών, οι οποίες μπορούν να συλλεχθούν και να ενισχυθούν για να λάβουν διάφορα αντίστοιχα γραφικά στην οθόνη. 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. Τα διεγερμένα οπισθοσκορπισμένα ηλεκτρόνια παράγονται στην περιοχή 100 ~ 1000nm στην επιφάνεια του δείγματος και εκπέμπουν διαφορετικά χαρακτηριστικά με τη διαφορά του ατομικού αριθμού της ουσίας. Επομένως, η οπίσθια διάσπαρτη εικόνα ηλεκτρονίου έχει μορφολογικά χαρακτηριστικά και ικανότητα διάκρισης ατομικού αριθμού, και ως εκ τούτου, η οπίσθια διάσπαρτη εικόνα ηλεκτρονίου μπορεί να αντικατοπτρίζει την κατανομή των χημικών στοιχείων. Το παρόν ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης ήταν πολύ ισχυρό, κάθε λεπτή δομή ή χαρακτηριστικά επιφάνειας μπορεί να μεγεθυνθεί σε εκατοντάδες χιλιάδες φορές για παρατήρηση και ανάλυση.

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. Επιπλέον, το βάθος πεδίου της εικόνας ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτό του οπτικού μικροσκοπίου, η οποία είναι μια σημαντική μέθοδος για την ανάλυση της μεταλλογραφικής δομής, του μικροσκοπικού σπασίματος και των μουστάκια κασσίτερου.

7. X-ray energy spectrum analysis

Η παραπάνω ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης είναι συνήθως εξοπλισμένη με φασματόμετρο ενέργειας ακτίνων Χ. 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. Ταυτόχρονα, τα αντίστοιχα όργανα ονομάζονται αντίστοιχα φασματόμετρο διασποράς φάσματος (συντομογραφία WDS) και φασματόμετρο διασποράς ενέργειας (συντομία EDS) σύμφωνα με το χαρακτηριστικό μήκος κύματος ή τη χαρακτηριστική ενέργεια της ανίχνευσης σήματος ακτίνων Χ. Η ανάλυση του φασματόμετρου είναι υψηλότερη από αυτή του ενεργειακού φασματόμετρου και η ταχύτητα ανάλυσης του ενεργειακού φασματόμετρου είναι μεγαλύτερη από αυτή του ενεργειακού φασματόμετρου. Λόγω της υψηλής ταχύτητας και του χαμηλού κόστους των φασματόμετρων ενέργειας, η γενική ηλεκτρονική μικροσκοπία SCANNING είναι εξοπλισμένη με ενεργειακά φασματόμετρα.

Με τον διαφορετικό τρόπο σάρωσης της δέσμης ηλεκτρονίων, το φασματόμετρο ενέργειας μπορεί να αναλύσει το σημείο, τη γραμμή και το επίπεδο της επιφάνειας και να λάβει τις πληροφορίες της διαφορετικής κατανομής των στοιχείων.Point analysis yields all elements of a point; Ανάλυση γραμμής Η ανάλυση ενός στοιχείου πραγματοποιείται σε μια καθορισμένη γραμμή κάθε φορά και η κατανομή γραμμής όλων των στοιχείων λαμβάνεται με πολλαπλή σάρωση. Ανάλυση επιφάνειας Η ανάλυση όλων των στοιχείων σε μια δεδομένη επιφάνεια. Το μετρούμενο περιεχόμενο στοιχείου είναι ο μέσος όρος του εύρους των μετρήσεων επιφάνειας.

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. Η ποσοτική ακρίβεια ανάλυσης του φασματόμετρου ενέργειας είναι περιορισμένη και το περιεχόμενο μικρότερο από 0.1% γενικά δεν είναι εύκολο να εντοπιστεί. Ο συνδυασμός ενεργειακού φάσματος και SEM μπορεί να λάβει ταυτόχρονα πληροφορίες για τη μορφολογία και τη σύνθεση της επιφάνειας, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιούνται ευρέως.

8. Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων (XPS)

Δείγματα με ακτινοβολία ακτίνων Χ, η επιφάνεια των εσωτερικών ηλεκτρονίων του κελύφους του ατόμου θα ξεφύγει από τον δεσμό του πυρήνα και σχηματίζει στερεή επιφάνεια, μετρώντας την κινητική του ενέργεια Ex, τα εσωτερικά ηλεκτρόνια κελύφους του ατόμου μπορούν να αποκτήσουν τη σύνδεση σύνδεσης Eb, Eb ποικίλλει από διαφορετικά στοιχεία και διαφορετικά κελύφη ηλεκτρονίων, είναι τα «δακτυλικά αποτυπώματα» των παραμέτρων ταυτοποίησης ατόμων, ο σχηματισμός φασματικής γραμμής είναι η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων (XPS). Το XPS μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ποιοτική και ποσοτική ανάλυση στοιχείων σε ρηχή επιφάνεια (αρκετά νανόμετρα) της επιφάνειας του δείγματος. Επιπλέον, πληροφορίες σχετικά με τις χημικές καταστάσεις σθένους των στοιχείων μπορούν να ληφθούν από χημικές μετατοπίσεις της ενέργειας σύνδεσης. Μπορεί να δώσει την πληροφορία για το δεσμό μεταξύ της κατάστασης σθένους του επιφανειακού στρώματος και των γύρω στοιχείων. 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; Τα πολυστρωματικά στρώματα μπορούν επίσης να αναλυθούν διαμήκως με απογύμνωση ιόντων αργού (δείτε την περίπτωση παρακάτω) με πολύ μεγαλύτερη ευαισθησία από το ενεργειακό φάσμα (EDS). Το XPS χρησιμοποιείται κυρίως στην ανάλυση της ανάλυσης της ποιότητας της επίστρωσης PCB, της ανάλυσης ρύπανσης και της ανάλυσης βαθμού οξείδωσης, προκειμένου να προσδιοριστεί ο βαθύς λόγος της κακής συγκόλλησης.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Μέθοδος μέτρησης της διαφοράς ισχύος μεταξύ μιας ουσίας και μιας ουσίας αναφοράς ως συνάρτηση της θερμοκρασίας (ή του χρόνου) υπό προγραμματισμένο έλεγχο θερμοκρασίας. 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)

Η θερμική μηχανική ανάλυση χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των ιδιοτήτων παραμόρφωσης στερεών, υγρών και πηκτωμάτων υπό θερμικές ή μηχανικές δυνάμεις υπό προγραμματισμένο έλεγχο θερμοκρασίας. Οι συνήθεις μέθοδοι φόρτωσης περιλαμβάνουν συμπίεση, εισαγωγή πείρου, τέντωμα, κάμψη κ.λπ. Ο ανιχνευτής δοκιμής αποτελείται από στερεωμένο στη δοκό του πρόβολου και το ελικοειδές στήριγμα ελατηρίου, μέσω του κινητήρα του εφαρμοζόμενου φορτίου, όταν εμφανίζεται η παραμόρφωση του δείγματος, διαφορικός μετασχηματιστής για την ανίχνευση της αλλαγής και μαζί με την επεξεργασία δεδομένων, όπως θερμοκρασία, καταπόνηση και καταπόνηση μετά το υλικό μπορεί να ληφθεί υπό αμελητέες σχέσεις παραμόρφωσης φορτίου με θερμοκρασία (ή χρόνο). Σύμφωνα με τη σχέση μεταξύ παραμόρφωσης και θερμοκρασίας (ή χρόνου), οι φυσικοχημικές και θερμοδυναμικές ιδιότητες των υλικών μπορούν να μελετηθούν και να αναλυθούν. Το TMA χρησιμοποιείται ευρέως στην ανάλυση PCB και χρησιμοποιείται κυρίως για τη μέτρηση των δύο πιο κρίσιμων παραμέτρων του PCB: του γραμμικού συντελεστή διαστολής και της θερμοκρασίας μετάβασης γυαλιού. Το PCB με πολύ μεγάλο συντελεστή διαστολής συχνά οδηγεί σε αστοχία θραύσης των μεταλλικών οπών μετά τη συγκόλληση και τη συναρμολόγηση.