En tant que transporteur de divers composants et centre de transmission de signaux de circuit, PCB est devenu la partie la plus importante et la plus clé des produits d’information électroniques, son niveau de qualité et de fiabilité détermine la qualité et la fiabilité de l’ensemble de l’équipement. Cependant, pour des raisons de coût et techniques, il existe de nombreux problèmes de défaillance dans la production et l’application des PCB.

Pour ce type de problème de défaillance, nous devons utiliser certaines techniques d’analyse de défaillance couramment utilisées pour garantir la qualité et le niveau de fiabilité des PCB dans la fabrication. Cet article résume dix techniques d’analyse de défaillance à titre de référence.

Analyse du mécanisme et des causes de la défaillance du PCB

1. Une inspection visuelle

L’inspection de l’apparence consiste à inspecter visuellement ou à utiliser des instruments simples, tels qu’un microscope stéréoscopique, un microscope métallographique ou même une loupe, pour vérifier l’apparence des PCB et trouver les pièces défectueuses et les preuves physiques pertinentes. La fonction principale est de localiser la défaillance et de juger de manière préliminaire le mode de défaillance du PCB. L’inspection d’apparence vérifie principalement la pollution des PCB, la corrosion, l’emplacement de l’explosion de la carte, le câblage du circuit et la régularité de la panne, s’il s’agit d’un lot ou d’un individuel, s’il est toujours concentré dans une certaine zone, etc. De plus, la défaillance de nombreux PCBS a été découverte après l’assemblage des PCBA. Que la défaillance ait été causée par l’influence du processus d’assemblage et des matériaux utilisés dans le processus nécessite également un examen attentif des caractéristiques de la zone de défaillance.

2. Radioscopie à rayons X

Pour certaines pièces qui ne peuvent pas être inspectées par l’apparence, ainsi que l’intérieur du trou traversant du PCB et d’autres défauts internes, nous devons utiliser un système de fluoroscopie à rayons X pour vérifier. Le système de fluoroscopie à rayons X est l’utilisation d’une épaisseur de matériau différente ou d’une densité de matériau différente de l’hygroscopicité des rayons X ou de la transmittance de différents principes à l’imagerie. Cette technologie est davantage utilisée pour vérifier l’emplacement des défauts dans les joints de soudure PCBA, les défauts des trous traversants et les défauts dans les dispositifs BGA ou CSP avec un emballage haute densité. À l’heure actuelle, la résolution des équipements industriels de fluoroscopie à rayons X peut atteindre moins d’un micron et passe d’un équipement d’imagerie bidimensionnel à un équipement d’imagerie tridimensionnel. Il existe même des équipements à cinq dimensions (5D) utilisés pour l’inspection des emballages, mais ce système de fluoroscopie à rayons X 5D est très coûteux et a rarement une application pratique dans l’industrie.

3. Analyse des sections

L’analyse des tranches est le processus d’obtention de la structure de la section transversale des PCB par échantillonnage, mosaïque, tranche, polissage, corrosion, observation et une série de méthodes et d’étapes. De nombreuses informations sur la microstructure des PCB (trou traversant, revêtement, etc.) peuvent être obtenues par analyse de tranches, ce qui constitue une bonne base pour la prochaine amélioration de la qualité. Cependant, cette méthode est destructive, une fois la coupe réalisée, l’échantillon sera inévitablement détruit ; Dans le même temps, les exigences de la méthode d’échantillonnage sont élevées, le temps de préparation des échantillons est également long, la nécessité d’un personnel technique qualifié pour terminer. Pour les procédures de tranchage détaillées, veuillez vous référer aux normes IPC IPC-TM-650 2.1.1 et IPC-MS-810.

4. Microscope acoustique à balayage

À l’heure actuelle, le microscope acoustique à balayage à ultrasons en mode c est principalement utilisé pour l’analyse d’emballage ou d’assemblage électronique. Il utilise les changements d’amplitude, de phase et de polarité générés par la réflexion des ultrasons à haute fréquence sur l’interface discontinue des matériaux à l’image, et son mode de balayage consiste à balayer les informations dans le plan XY le long de l’axe Z. Par conséquent, la microscopie acoustique à balayage peut être utilisée pour détecter divers défauts, y compris les fissures, le délaminage, les inclusions et les vides, dans les composants, les matériaux et les PCB et PCBA. Les défauts internes des joints de soudure peuvent également être détectés directement si la largeur de fréquence de l’acoustique de balayage est suffisante. D’une image acoustique à balayage typique en alerte de couleur rouge, lesdits défauts existent, car une grande quantité de composants d’emballage en plastique utilisés dans le processus SMT, par une avance dans le processus de technologie sans plomb, un grand nombre de problèmes sensibles à la refusion d’humidité, à savoir le l’absorption d’humidité des dispositifs de revêtement en poudre sera à une température plus élevée un processus sans plomb de refusion se produit à l’intérieur ou un phénomène de fissuration de la couche de substrat, Sous la température élevée du processus sans plomb, les PCB courants éclateront souvent le phénomène de la carte. À ce stade, le microscope acoustique à balayage montre son avantage particulier dans la détection non destructive des PCB multicouches à haute densité. La plaque d’éclatement évidente générale peut être détectée par inspection visuelle.

5. Analyse micro-infrarouge

L’analyse micro infrarouge est une spectroscopie infrarouge combinée à une méthode d’analyse au microscope, elle utilise différents matériaux (principalement de la matière organique) sur le principe de l’absorption du spectre infrarouge, l’analyse de la composition composée des matériaux, couplée au microscope peut produire de la lumière visible et de la lumière infrarouge avec le chemin lumineux, aussi longtemps que sous le champ visuel, peut rechercher l’analyse de traces de polluants organiques. En l’absence de microscope, la spectroscopie infrarouge ne peut généralement analyser que de grands échantillons. Dans de nombreux cas, les traces de pollution dans les processus électroniques peuvent entraîner une mauvaise soudabilité du tampon PCB ou de la broche en plomb. On peut imaginer qu’il est difficile de résoudre le problème du processus sans le spectre infrarouge correspondant du microscope. L’utilisation principale de l’analyse infrarouge microscopique est d’analyser les polluants organiques sur la surface de soudage ou la surface du point de soudure, et d’analyser les causes de la corrosion ou d’une mauvaise soudabilité.

6. Analyse par microscopie électronique à balayage

Le microscope électronique à balayage (MEB) est l’un des systèmes d’imagerie au microscope électronique à grande échelle les plus utiles pour l’analyse des défaillances. Son principe de fonctionnement est de former un faisceau d’électrons d’un diamètre de quelques dizaines à plusieurs milliers d’angströms (A) en focalisant le faisceau d’électrons émis par la cathode accéléré par l’anode. Sous l’action de la déviation de la bobine de balayage, Le faisceau d’électrons balaie la surface de l’échantillon point par point dans un certain ordre de temps et d’espace. Le faisceau d’électrons à haute énergie bombarde la surface de l’échantillon et génère une variété d’informations, qui peuvent être collectées et amplifiées pour obtenir divers graphiques correspondants sur l’écran d’affichage. Les électrons secondaires excités sont générés dans la plage de 5 à 10 nm à la surface de l’échantillon. Par conséquent, les électrons secondaires peuvent mieux refléter la topographie de surface de l’échantillon, ils sont donc le plus souvent utilisés pour l’observation de la morphologie. Les électrons rétrodiffusés excités sont générés dans la plage de 100 à 1000 nm à la surface de l’échantillon, et ils émettent des caractéristiques différentes avec la différence de numéro atomique de la substance. Par conséquent, l’image d’électrons rétrodiffusés a des caractéristiques morphologiques et une capacité de discrimination des numéros atomiques, et par conséquent, l’image d’électrons rétrodiffusés peut refléter la distribution des éléments chimiques. Le microscope électronique à balayage actuel a été très puissant, toute structure fine ou caractéristique de surface peut être agrandie des centaines de milliers de fois pour l’observation et l’analyse.

Dans l’analyse des défaillances des circuits imprimés ou des joints de soudure, le SEM est principalement utilisé pour l’analyse des mécanismes de défaillance, en particulier, est utilisé pour observer la structure morphologique de la surface de la pastille, la structure métallographique des joints de soudure, la mesure des composés intermétalliques, l’analyse du revêtement soudable et l’étain doivent être analysés et mesuré. Différent du microscope optique, le microscope électronique à balayage produit des images électroniques, il n’a donc que des couleurs noir et blanc. De plus, l’échantillon du microscope électronique à balayage est nécessaire pour conduire l’électricité, et le non-conducteur et une partie du semi-conducteur doivent être pulvérisés avec de l’or ou du carbone, sinon la charge s’accumulera à la surface de l’échantillon et affectera l’observation de l’échantillon. . De plus, la profondeur de champ de l’image du microscope électronique à balayage est beaucoup plus grande que celle du microscope optique, qui est une méthode importante pour l’analyse de la structure métallographique, de la fracture microscopique et des trichites d’étain.

7. Analyse du spectre d’énergie des rayons X

La microscopie électronique à balayage mentionnée ci-dessus est généralement équipée d’un spectromètre d’énergie à rayons X. Lorsque le faisceau d’électrons à haute énergie frappe la surface, le matériau de surface des électrons internes dans les atomes est bombardé d’échappement, les électrons externes à la transition de niveau d’énergie faible inspireront le rayon X caractéristique, la différence de niveau d’énergie atomique de différents éléments de différents rayons X caractéristiques est différent, par conséquent, peut envoyer un échantillon des caractéristiques des rayons X comme analyse de la composition chimique. Parallèlement, les instruments correspondants sont respectivement appelés spectromètre à dispersion spectrale (WDS en abrégé) et spectromètre à dispersion d’énergie (EDS en abrégé) en fonction de la longueur d’onde caractéristique ou de l’énergie caractéristique du signal de détection des rayons X. La résolution du spectromètre est supérieure à celle du spectromètre d’énergie, et la vitesse d’analyse du spectromètre d’énergie est plus rapide que celle du spectromètre d’énergie. En raison de la vitesse élevée et du faible coût des spectromètres d’énergie, la microscopie électronique à BALAYAGE générale est équipée de spectromètres d’énergie.

Avec les différents modes de balayage du faisceau d’électrons, le spectromètre d’énergie peut analyser le point, la ligne et le plan de la surface et obtenir des informations sur la distribution différente des éléments.L’analyse de point donne tous les éléments d’un point ; Analyse de ligne Une analyse d’élément est effectuée sur une ligne spécifiée à chaque fois, et la distribution de ligne de tous les éléments est obtenue par balayage multiple. Analyse de surface L’analyse de tous les éléments d’une surface donnée. La teneur en éléments mesurés est la moyenne de la plage de mesures de surface.

Dans l’analyse des PCB, le spectromètre à dispersion d’énergie est principalement utilisé pour l’analyse de la composition de la surface du tampon et l’analyse élémentaire des contaminants sur la surface du tampon et de la broche de plomb avec une mauvaise soudabilité. La précision de l’analyse quantitative du spectromètre d’énergie est limitée et le contenu inférieur à 0.1% n’est généralement pas facile à détecter. La combinaison du spectre d’énergie et du SEM permet d’obtenir simultanément des informations sur la morphologie et la composition de la surface, raison pour laquelle ils sont largement utilisés.

8. Analyse par spectroscopie photoélectronique (XPS)

Échantillons par irradiation aux rayons X, la surface des électrons de la couche interne de l’atome s’échappera de la servitude du noyau et de la formation de surface solide, mesurant son énergie cinétique l’Ex, les électrons de la couche interne de l’atome peuvent être obtenus l’énergie de liaison de Eb, Eb varié à partir de différents éléments et de différentes couches d’électrons, ce sont les “empreintes digitales” des paramètres d’identification des atomes, la formation de la raie spectrale est la spectroscopie photoélectronique (XPS). XPS peut être utilisé pour l’analyse qualitative et quantitative d’éléments sur une surface peu profonde (plusieurs nanomètres) de la surface de l’échantillon. De plus, des informations sur les états de valence chimique des éléments peuvent être obtenues à partir des déplacements chimiques de l’énergie de liaison. Il peut donner l’information de la liaison entre l’état de valence de la couche superficielle et les éléments environnants. Le faisceau incident est un faisceau de photons à rayons X, de sorte que l’analyse de l’échantillon d’isolation peut être effectuée, sans endommager l’analyse multi-éléments rapide de l’échantillon analysé ; Les multicouches peuvent également être analysées longitudinalement par stripping d’ions argon (voir le cas ci-dessous) avec une sensibilité bien plus grande que le spectre d’énergie (EDS). XPS est principalement utilisé dans l’analyse de la qualité du revêtement de PCB, l’analyse de la pollution et l’analyse du degré d’oxydation, afin de déterminer la raison profonde d’une mauvaise soudabilité.

9. Calorimétrie à balayage différentiel

Méthode de mesure de la différence de puissance d’entrée entre une substance et une substance de référence en fonction de la température (ou du temps) sous un contrôle de température programmé. Le DSC est équipé de deux groupes de fils chauffants de compensation sous l’échantillon et le conteneur de référence, lorsque l’échantillon dans le processus de chauffage en raison de l’effet thermique et de la différence de température de référence T, via le circuit amplificateur de chaleur différentiel et l’amplificateur de compensation thermique différentiel, de sorte que le courant circulant dans le fil chauffant de compensation change.

La différence de température T disparaît, et la relation entre la différence de puissance thermique des deux échantillons compensés électriquement et le matériau de référence avec la température (ou le temps) est enregistrée. Selon cette relation, les propriétés physico-chimiques et thermodynamiques du matériau peuvent être étudiées et analysées. La DSC est largement utilisée dans l’analyse des PCB, mais est principalement utilisée pour mesurer le degré de durcissement de divers matériaux polymères utilisés dans les PCB et la température de transformation de l’état du verre, ces deux paramètres déterminent la fiabilité des PCB dans le processus ultérieur.

10. Analyseur thermomécanique (TMA)

L’analyse thermomécanique est utilisée pour mesurer les propriétés de déformation des solides, des liquides et des gels sous des forces thermiques ou mécaniques sous contrôle de température programmé. Les méthodes de charge couramment utilisées comprennent la compression, l’insertion de broches, l’étirement, la flexion, etc. La sonde d’essai se compose d’une fixation sur la poutre en porte-à-faux et le support à ressort hélicoïdal, à travers le moteur de la charge appliquée, lorsque la déformation de l’échantillon se produit, un transformateur différentiel pour détecter le changement, et avec le traitement des données, telles que la température, la contrainte et la déformation après le matériau peut être obtenu sous les relations de déformation de charge négligeable avec la température (ou le temps). Selon la relation entre la déformation et la température (ou le temps), les propriétés physico-chimiques et thermodynamiques des matériaux peuvent être étudiées et analysées. Le TMA est largement utilisé dans l’analyse des PCB et est principalement utilisé pour mesurer les deux paramètres les plus critiques des PCB : le coefficient de dilatation linéaire et la température de transition vitreuse. Un PCB avec un coefficient de dilatation trop important entraînera souvent une rupture des trous métallisés après le soudage et l’assemblage.