As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB on tullut tärkein ja keskeinen osa sähköisiä tietotuotteita, sen laatu- ja luotettavuustaso määrää koko laitteen laadun ja luotettavuuden. Kustannuksista ja teknisistä syistä PCB -tuotannossa ja -sovelluksessa on kuitenkin paljon vikaongelmia.

Tällaisessa vikaongelmassa meidän on käytettävä joitain yleisesti käytettyjä vianmääritystekniikoita PCB: n laadun ja luotettavuuden varmistamiseksi valmistuksessa. Tässä artikkelissa on yhteenveto kymmenestä vianmääritystekniikasta.

PCB -vian mekanismi ja syyanalyysi

1. Visuaalinen tarkastus

Ulkonäön tarkastus on silmämääräinen tarkastus tai käyttö yksinkertaisilla välineillä, kuten stereoskooppimikroskoopilla, metallografisella mikroskoopilla tai jopa suurennuslasilla, PCB: n ulkonäön tarkistamiseksi ja epäonnistuneiden osien ja asiaankuuluvien fyysisten todisteiden löytämiseksi. Päätehtävänä on paikantaa vika ja arvioida alustavasti PCB: n vikatila. Ulkonäkö tarkastaa pääasiassa PCB -saastumisen, korroosion, levyn räjähdyksen sijainnin, piirijohdot ja vian säännöllisyyden, jos se on erä tai yksittäinen, onko se aina keskittynyt tietyllä alueella jne. 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. Röntgenfluoroskopia

Joidenkin osien, joita ei voida tarkastella ulkonäön perusteella, samoin kuin piirilevyn sisäpuolen reiän ja muiden sisäisten vikojen vuoksi, meidän on käytettävä röntgenfluoroskopiajärjestelmää tarkistamiseen. Röntgenfluoroskopiajärjestelmä on eri materiaalipaksuuden tai eri materiaalitiheyden käyttö röntgensäteilyn hygroskooppisuudesta tai erilaisten periaatteiden läpäisystä kuvantamiseen. Tätä tekniikkaa käytetään enemmän PCBA -juotosliitosten vikojen sijainnin tarkistamiseen reikä- ja BGA- tai CSP -laitteiden, joissa on tiheä pakkaus, vikojen kautta. 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. Osioanalyysi

Leikkausanalyysi on prosessi PCB -poikkileikkausrakenteen saamiseksi näytteenoton, mosaiikin, viipaleen, kiillotuksen, korroosion, havainnon ja menetelmien ja vaiheiden avulla. 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; Samaan aikaan näytevaatimusten menetelmä on korkea, näytteen valmistusaika on myös pitkä, koulutetun teknisen henkilöstön tarve suorittaa. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Skannaava akustinen mikroskooppi

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. Tässä vaiheessa skannaava akustinen mikroskooppi osoittaa sen erityisen edun monikerroksisen suuritiheyksisen PCB: n tuhoamattomassa havaitsemisessa. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Mikroinfrapuna -analyysi

Mikro -infrapuna -analyysi on infrapunaspektroskopia yhdistettynä mikroskoopin analyysimenetelmään, se käyttää erilaista materiaalia (lähinnä orgaanista ainetta) infrapunaspektrin absorptioperiaatteen mukaisesti, materiaalien koostumuksen analysointi yhdessä mikroskoopin kanssa voi tehdä näkyvää valoa ja infrapunavaloa valoradalla, niin kauan kuin näkökentän alla, voi etsiä analyysejä orgaanisten epäpuhtauksien jäljittämisestä. Mikroskoopin puuttuessa infrapunaspektroskopia voi yleensä analysoida vain suuria näytteitä. 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. Skannaava elektronimikroskopia -analyysi

Skannaava elektronimikroskooppi (SEM) on yksi hyödyllisimmistä laajamittaisista elektronimikroskooppisista kuvantamisjärjestelmistä vika-analyysiin. Sen toimintaperiaate on muodostaa elektronisuihku, jonka halkaisija on kymmeniä tuhansia angströmejä (A), tarkentamalla anodin kiihdyttämästä katodista lähetetty elektronisäde. Skannauskelan taipuman vaikutuksesta Elektronisäde skannaa näytteen pinnan pisteestä pisteeseen tietyssä aika- ja tilajärjestyksessä. Suuritehoinen elektronisäde pommittaa näytteen pintaa ja tuottaa erilaisia ​​tietoja, jotka voidaan kerätä ja vahvistaa erilaisten vastaavien grafiikoiden saamiseksi näyttöön. 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. Jännitetyt takaisinsironneet elektronit syntyvät 100-1000 nm: n alueella näytteen pinnalla, ja ne säteilevät erilaisia ​​ominaisuuksia aineen atomiluvun erotuksella. Siksi taaksepäin hajaantuneella elektronikuvalla on morfologisia ominaisuuksia ja atomilukujen erottelukyky, ja siksi takaisinsironnut elektronikuva voi heijastaa kemiallisten elementtien jakautumista. Nykyinen pyyhkäisyelektronimikroskooppi on ollut erittäin tehokas, kaikki hienot rakenteet tai pintaominaisuudet voidaan suurentaa satoja tuhansia kertoja havaintoa ja analysointia varten.

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. Lisäksi skannaavan elektronimikroskoopin kuvan syväterävyys on paljon suurempi kuin optisen mikroskoopin, joka on tärkeä menetelmä metallografisen rakenteen, mikroskooppisen murtuman ja tinalevyn analysoimiseksi.

7. X-ray energy spectrum analysis

Edellä mainittu pyyhkäisyelektronimikroskopia on yleensä varustettu röntgensäteilyspektrometrillä. 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. Samaan aikaan vastaavia instrumentteja kutsutaan vastaavasti spektridispersiospektrometriksi (WDS lyhyeksi) ja energiadispersiospektrometriksi (EDS lyhyeksi) röntgensäteilyn havaitsemisen ominaispiirteiden aallonpituuden tai ominaisenergian mukaan. Spektrometrin resoluutio on korkeampi kuin energiaspektrometrin, ja energiaspektrometrin analyysinopeus on nopeampi kuin energiaspektrometrin. Energiaspektrometrien nopean ja edullisen hinnan vuoksi yleinen SCANNING -elektronimikroskooppi on varustettu energiaspektrometreillä.

Elektronisuihkun eri skannaustilan avulla energiaspektrometri voi analysoida pinnan pisteen, viivan ja tason ja saada tietoa elementtien erilaisesta jakautumisesta.Point analysis yields all elements of a point; Viiva -analyysi Yksi alkuaineanalyysi suoritetaan määritetyllä rivillä joka kerta, ja kaikkien elementtien linjajakauma saadaan usealla skannauksella. Pinta -analyysi Tietyn pinnan kaikkien elementtien analyysi. Mitattu elementtipitoisuus on pintamittausalueen keskiarvo.

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. Energiaspektrometrin kvantitatiivinen analyysitarkkuus on rajallinen, ja alle 0.1%: n pitoisuutta ei yleensä ole helppo havaita. Energiaspektrin ja SEM: n yhdistelmä voi saada tietoa pinnan morfologiasta ja koostumuksesta samanaikaisesti, minkä vuoksi niitä käytetään laajasti.

8. Valoelektronispektroskopia (XPS) -analyysi

Näytteet röntgensäteilyllä, atomin sisäkuoren elektronien pinta karkaa ytimen sidoksesta ja muodostaa kiinteän pinnan, mitaten sen kineettisen energian Ex, atomin sisäkuoren elektronit voidaan saada Eb, Eb vaihtelivat eri elementeistä ja erilaisista elektronikuorista, se on atomin tunnistusparametrien ”sormenjäljet”, spektriviivan muodostuminen on fotoelektronispektroskopia (XPS). XPS: ää voidaan käyttää näytteiden pinnan matalalla (useita nanometrejä) olevien elementtien laadulliseen ja kvantitatiiviseen analysointiin. Lisäksi tietoja alkuaineiden kemiallisista valenssitiloista voidaan saada sitovan energian kemiallisista muutoksista. Se voi antaa tietoa pintakerroksen valenssitilan ja ympäröivien elementtien välisestä sidoksesta. 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; Monikerroksia voidaan myös analysoida pituussuunnassa argonionien poistolla (katso tapaus alla), ja niiden herkkyys on paljon suurempi kuin energiaspektri (EDS). XPS: ää käytetään pääasiassa PCB -pinnoitteiden laatuanalyysin, saastumisanalyysin ja hapetusasteanalyysin analysointiin, jotta voidaan määrittää syvä syy heikkoon hitsattavuuteen.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Menetelmä aineen ja vertailuaineen välisen tehoneron mittaamiseksi lämpötilan (tai ajan) funktiona ohjelmoidun lämpötilan ohjauksen aikana. 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)

Thermal Mechanical Analysis is used to measure the deformation properties of solids, liquids and gels under Thermal or Mechanical forces under programmed temperature control. Commonly used load methods include compression, pin insertion, stretching, bending, etc. Mittapää koostuu kiinnityksestä ulokepalkkiin ja kierteiseen jousitukeen kohdistetun kuorman moottorin läpi, kun näytteen muodonmuutos tapahtuu, differentiaalimuuntajasta muutoksen havaitsemiseksi ja yhdessä tietojenkäsittelyn, kuten lämpötilan, jännityksen ja jännityksen jälkeen materiaali voidaan saada kuormituksen epämuodostumissuhteissa lämpötilan (tai ajan) kanssa. Muodonmuutoksen ja lämpötilan (tai ajan) välisen suhteen mukaan materiaalien fysikaalis -kemiallisia ja termodynaamisia ominaisuuksia voidaan tutkia ja analysoida. TMA: ta käytetään laajalti PCB -analyysissä, ja sitä käytetään pääasiassa PCB: n kahden kriittisimmän parametrin mittaamiseen: lineaarinen laajentumiskerroin ja lasittumislämpötila. Liian suuri laajentumiskerroin oleva piirilevy johtaa usein metalloitujen reikien murtumiseen hitsauksen ja asennuksen jälkeen.