به عنوان حامل اجزای مختلف و مرکز انتقال سیگنال مدار ، PCB به مهمترین و کلیدی ترین محصولات اطلاعات الکترونیکی تبدیل شده است ، سطح کیفیت و قابلیت اطمینان آن کیفیت و قابلیت اطمینان کل تجهیزات را تعیین می کند. با این حال ، به دلیل هزینه و دلایل فنی ، مشکلات زیادی در تولید و کاربرد PCB وجود دارد.

برای این نوع مشکل خرابی ، ما باید از تکنیک های متداول تجزیه و تحلیل خرابی استفاده کنیم تا از کیفیت و قابلیت اطمینان PCB در تولید اطمینان حاصل شود. این مقاله ده تکنیک تحلیل شکست را برای مرجع خلاصه می کند.

مکانیسم و ​​تجزیه و تحلیل خرابی PCB

1. بازرسی بصری

بازرسی ظاهری عبارت است از بررسی بصری یا استفاده از برخی ابزارهای ساده مانند میکروسکوپ استریوسکوپی ، میکروسکوپ متالوگرافی یا حتی ذره بین ، برای بررسی ظاهر PCB و یافتن قطعات خراب و شواهد فیزیکی مربوطه. وظیفه اصلی تعیین محل خرابی و قضاوت اولیه حالت خرابی PCB است. بازرسی ظاهری عمدتا آلودگی PCB ، خوردگی ، محل انفجار برد ، سیم کشی مدار و منظم خرابی را بررسی می کند ، اگر دسته ای یا فردی باشد ، آیا همیشه در یک منطقه خاص متمرکز است و غیره. علاوه بر این ، شکست بسیاری از PCBS پس از مونتاژ PCBA کشف شد. این که آیا این شکست تحت تأثیر فرایند مونتاژ و مواد مورد استفاده در این فرآیند ایجاد شده است نیز نیاز به بررسی دقیق ویژگی های منطقه خرابی دارد.

2. فلوروسکوپی اشعه ایکس

برای برخی از قسمتهایی که از نظر ظاهر قابل بررسی نیستند ، و همچنین قسمت داخلی PCB از طریق سوراخ و سایر عیوب داخلی ، باید از سیستم فلوروسکوپی اشعه ایکس برای بررسی استفاده کنیم. سیستم فلوروسکوپی اشعه ایکس استفاده از ضخامت مواد مختلف یا چگالی متفاوت مواد رطوبت سنجی اشعه ایکس یا انتقال اصول مختلف به تصویربرداری است. این فناوری بیشتر برای بررسی محل نقص در اتصالات لحیم کاری PCBA ، از طریق نقص سوراخ و نقص در دستگاه های BGA یا CSP با بسته بندی با چگالی بالا استفاده می شود. 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. تجزیه و تحلیل بخش

تجزیه و تحلیل برش فرآیند بدست آوردن ساختار مقطع PCB از طریق نمونه برداری ، موزاییک ، برش ، پرداخت ، خوردگی ، مشاهده و مجموعه ای از روشها و مراحل است. اطلاعات زیادی در مورد ریز ساختار PCB (از طریق سوراخ ، پوشش و غیره) با تجزیه و تحلیل قطعه به دست می آید ، که مبنای خوبی برای بهبود کیفیت بعدی است. با این حال ، این روش مخرب است ، هنگامی که برش انجام شد ، نمونه به ناچار از بین می رود. در همان زمان ، روش نمونه مورد نیاز بالا است ، زمان آماده سازی نمونه نیز طولانی است ، نیاز به پرسنل فنی آموزش دیده برای تکمیل. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. میکروسکوپ آکوستیک اسکن

در حال حاضر ، میکروسکوپ آکوستیک اسکن اولتراسونیک c-mode عمدتا برای بسته بندی الکترونیکی یا تجزیه و تحلیل مونتاژ استفاده می شود. از تغییرات دامنه ، فاز و قطبیت ناشی از بازتاب سونوگرافی با فرکانس بالا بر روی رابط ناپیوسته مواد به تصویر استفاده می کند و حالت اسکن آن اسکن اطلاعات در صفحه XY در امتداد محور Z است. بنابراین ، میکروسکوپ آکوستیک اسکن می تواند برای تشخیص نقایص مختلف ، از جمله ترک ، لایه لایه شدن ، اجزاء و حفره ها در اجزا ، مواد و PCB و PCBA استفاده شود. اگر عرض فرکانس آکوستیک اسکن کافی باشد ، عیوب داخلی اتصالات لحیم کاری نیز به طور مستقیم قابل تشخیص است. از یک تصویر آکوستیک معمولی با هشدار قرمز رنگ می توان گفت نقص هایی وجود دارد ، زیرا مقدار زیادی از اجزای بسته بندی پلاستیکی مورد استفاده در فرآیند SMT ، به واسطه هدایت به فرآیند فناوری بدون سرب ، تعداد زیادی از مشکلات حساس به بازتاب رطوبت ، یعنی جذب رطوبت دستگاه های پوشش پودری در دمای بالاتری انجام می شود فرآیند بدون سرب در داخل یا پدیده ترک خوردگی لایه زیرین رخ می دهد ، تحت دمای بالای فرآیند بدون سرب ، PCB معمولی اغلب پدیده تخته را ترکانده است. در این مرحله ، میکروسکوپ آکوستیک اسکن مزیت ویژه خود را در تشخیص غیر مخرب PCB چند لایه با چگالی بالا نشان می دهد. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. تجزیه و تحلیل ریز مادون قرمز

تجزیه و تحلیل میکرو مادون قرمز به طیف سنجی مادون قرمز همراه با روش تجزیه و تحلیل میکروسکوپ ، استفاده از مواد مختلف (عمدتا مواد آلی) بر اساس جذب طیف مادون قرمز ، تجزیه ترکیب ترکیب مواد ، همراه با میکروسکوپ می تواند نور مرئی و نور مادون قرمز ایجاد کند با مسیر نور ، تا زمانی که در زیر میدان دید ، می تواند به دنبال تجزیه و تحلیل آلاینده های آلی ردیابی باشد. در غیاب میکروسکوپ ، طیف سنجی مادون قرمز معمولاً فقط می تواند نمونه های بزرگ را تجزیه و تحلیل کند. 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. استفاده اصلی از تجزیه و تحلیل میکروسکوپی مادون قرمز تجزیه و تحلیل آلاینده های آلی روی سطح جوشکاری یا سطح لحیم کاری و تجزیه و تحلیل عوامل خوردگی یا لحیم پذیری ضعیف است.

6. تجزیه و تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی

میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) یکی از مفیدترین سیستم های تصویربرداری میکروسکوپی الکترونی در مقیاس بزرگ برای تجزیه و تحلیل خرابی است. اصل کار آن تشکیل یک پرتو الکترونی با قطر دهها تا هزاران انگستروم (A) با تمرکز پرتوی الکترون ساطع شده از کاتد شتاب گرفته توسط آند است. تحت عمل انحراف سیم پیچ اسکن ، پرتو الکترونی سطح نمونه را نقطه به نقطه در ترتیب زمان و مکان مشخص اسکن می کند. پرتو الکترونی پرانرژی سطح نمونه را بمباران می کند و اطلاعات متنوعی تولید می کند که می توان آنها را جمع آوری و تقویت کرد تا گرافیک های متناظر مختلف روی صفحه نمایش به دست آید. الکترونهای ثانویه برانگیخته در محدوده 5 ~ 10 نانومتر در سطح نمونه تولید می شوند. بنابراین ، الکترونهای ثانویه می توانند توپوگرافی سطح نمونه را بهتر منعکس کنند ، بنابراین بیشتر برای مشاهده مورفولوژی استفاده می شوند. الکترونهای پراکنده شده برانگیخته در محدوده 100 ~ 1000 نانومتر بر روی سطح نمونه تولید می شوند و با تفاوت تعداد اتمی ماده ، ویژگیهای متفاوتی از خود ساطع می کنند. بنابراین ، تصویر الکترون پراکنده دارای ویژگی های مورفولوژیکی و قابلیت تشخیص شماره اتمی است و بنابراین ، تصویر الکترون پراکنده عقب می تواند توزیع عناصر شیمیایی را منعکس کند. میکروسکوپ الکترونی روبشی فعلی بسیار قدرتمند بوده است ، هرگونه ساختار یا ویژگی سطحی خوب را می توان صدها هزار بار برای مشاهده و تجزیه و تحلیل بزرگ کرد.

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. متفاوت از میکروسکوپ نوری ، میکروسکوپ الکترونی روبشی تصاویر الکترونیکی تولید می کند ، بنابراین فقط رنگ های سیاه و سفید دارد. علاوه بر این ، نمونه میکروسکوپ الکترونی روبشی برای هدایت الکتریسیته مورد نیاز است و غیر رسانا و قسمتی از نیمه رسانا باید با طلا یا کربن اسپری شوند ، در غیر این صورت بار روی سطح نمونه جمع شده و بر مشاهده نمونه تأثیر می گذارد. به علاوه بر این ، عمق میدان تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری است که یک روش مهم برای تجزیه و تحلیل ساختار متالوگرافی ، شکست میکروسکوپی و سبیل قلع است.

7. X-ray energy spectrum analysis

میکروسکوپ الکترونی روبشی ذکر شده معمولاً مجهز به طیف سنج انرژی اشعه ایکس است. 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. در عین حال ، ابزارهای مربوطه به ترتیب طیف سنج پراکندگی طیف (به اختصار WDS) و طیف سنج پراکندگی انرژی (به طور خلاصه EDS) نامیده می شوند که بر اساس طول موج مشخص یا انرژی مشخصه تشخیص سیگنال اشعه ایکس است. وضوح طیف سنج بیشتر از طیف سنج انرژی است و سرعت تجزیه و تحلیل طیف سنج انرژی بیشتر از طیف سنج انرژی است. به دلیل سرعت بالا و هزینه پایین طیف سنج های انرژی ، میکروسکوپ الکترونی عمومی SCANNING مجهز به طیف سنج های انرژی است.

با استفاده از حالت اسکن متفاوت پرتو الکترونی ، طیف سنج انرژی می تواند نقطه ، خط و صفحه سطح را تجزیه و تحلیل کرده و اطلاعات توزیع مختلف عناصر را بدست آورد.تجزیه و تحلیل نقطه همه عناصر یک نقطه را به دست می آورد. تجزیه و تحلیل خط یک تجزیه و تحلیل عنصر هر بار در یک خط مشخص انجام می شود و توزیع خط همه عناصر با اسکن چندگانه به دست می آید. تجزیه و تحلیل سطح تجزیه و تحلیل همه عناصر در یک سطح معین. محتوای عنصر اندازه گیری شده میانگین محدوده اندازه گیری سطح است.

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. دقت تجزیه و تحلیل کمی طیف سنج انرژی محدود است و به طور کلی تشخیص محتوای کمتر از 0.1 easy آسان نیست. ترکیب طیف انرژی و SEM می تواند اطلاعات مورفولوژی و ترکیب سطح را به طور همزمان بدست آورد ، به همین دلیل است که آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

8. طیف سنجی فوتوالکترون (XPS)

نمونه هایی با تابش اشعه ایکس ، سطح الکترونهای پوسته داخلی اتم از اسارت هسته و تشکیل سطح جامد فرار می کند و با اندازه گیری انرژی جنبشی آن Ex ، الکترونهای پوسته داخلی اتم را می توان انرژی اتصال به دست آورد Eb ، Eb از عناصر مختلف و پوسته الکترون متفاوت است ، این “اثر انگشت” پارامترهای شناسایی اتم است ، تشکیل خط طیفی طیف سنجی فوتوالکترون (XPS) است. XPS را می توان برای تجزیه و تحلیل کمی و کمی عناصر روی سطح کم عمق (چند نانومتر) از سطح نمونه استفاده کرد. علاوه بر این ، اطلاعات مربوط به ظرفیت های شیمیایی عناصر را می توان از تغییرات شیمیایی انرژی اتصال به دست آورد. این می تواند اطلاعات پیوند بین حالت ظرفیت لایه سطحی و عناصر اطراف را ارائه دهد. پرتو تصادفی پرتو فوتونی اشعه ایکس است ، بنابراین می توان تجزیه و تحلیل نمونه عایق را بدون آسیب رساندن به نمونه تجزیه و تحلیل سریع چند عنصری انجام داد. لایه های چند لایه را می توان به صورت طولی با حذف یون آرگون (به مورد زیر مراجعه کنید) با حساسیت بسیار بیشتر از طیف انرژی (EDS) تجزیه و تحلیل کرد. XPS عمدتا در تجزیه و تحلیل کیفیت پوشش PCB ، تجزیه و تحلیل آلودگی و درجه اکسیداسیون ، به منظور تعیین دلیل عمیق جوش پذیری ضعیف استفاده می شود.

9. اسکن دیفرانسیل Calorim-etry

روشی برای اندازه گیری تفاوت در قدرت ورودی بین یک ماده و یک ماده مرجع به عنوان تابعی از دما (یا زمان) تحت کنترل دمای برنامه ریزی شده. DSC مجهز به دو گروه سیم حرارتی جبران کننده تحت نمونه و ظرف مرجع است ، هنگامی که نمونه در فرآیند گرمایش به دلیل اثر حرارتی و اختلاف دمای مرجع δ T ، از طریق مدار تقویت کننده گرمای دیفرانسیل و تقویت کننده دیفرانسیل جبران حرارت ، به طوری که جریان جاری به سیم گرمایش جبران تغییر می کند.

اختلاف دما δ T از بین می رود و رابطه بین تفاوت قدرت حرارتی دو نمونه جبران شده الکتریکی و مواد مرجع با دما (یا زمان) ثبت می شود. با توجه به این رابطه ، خواص فیزیکوشیمیایی و ترمودینامیکی مواد قابل مطالعه و تجزیه و تحلیل است. DSC به طور گسترده ای در تجزیه و تحلیل PCB استفاده می شود ، اما عمدتا برای اندازه گیری درجه پخت مواد مختلف پلیمری مورد استفاده در PCB و دمای تبدیل حالت شیشه استفاده می شود ، این دو پارامتر قابلیت اطمینان PCB را در فرآیند بعدی تعیین می کند.

10. تجزیه و تحلیل حرارتی (TMA)

تجزیه و تحلیل مکانیکی حرارتی برای اندازه گیری خواص تغییر شکل جامدات ، مایعات و ژل ها تحت نیروهای حرارتی یا مکانیکی تحت کنترل دمای برنامه ریزی شده استفاده می شود. متدهای متداول بار شامل فشرده سازی ، قرار دادن پین ، کشش ، خم شدن و غیره است. کاوشگر آزمایشی متشکل از ثابت بر روی پرتو کنسول و پشتیبانی فنر مارپیچ ، از طریق موتور بار اعمال شده ، هنگام تغییر شکل نمونه ، ترانسفورماتور دیفرانسیل برای تشخیص تغییر و همراه با پردازش داده ها ، مانند دما ، تنش و کرنش پس از مواد را می توان تحت روابط تغییر شکل بار ناچیز با دما (یا زمان) بدست آورد. با توجه به رابطه بین تغییر شکل و دما (یا زمان) ، خواص فیزیکوشیمیایی و ترمودینامیکی مواد قابل مطالعه و تجزیه و تحلیل است. TMA به طور گسترده ای در تجزیه و تحلیل PCB استفاده می شود و عمدتا در اندازه گیری دو پارامتر مهم PCB استفاده می شود: ضریب انبساط خطی و دمای انتقال شیشه. PCB با ضریب انبساط بسیار زیاد اغلب منجر به شکست شکست سوراخ های فلزی پس از جوشکاری و مونتاژ می شود.