Como portador de varios compoñentes e centro de transmisión do sinal do circuíto, PCB converteuse na parte máis importante e clave dos produtos de información electrónica, o seu nivel de calidade e fiabilidade determina a calidade e fiabilidade de todo o equipo. Non obstante, por razóns de custo e técnicas, hai moitos problemas de fallo na produción e aplicación de PCB.

Para este tipo de problemas de fallos, precisamos empregar algunhas técnicas de análise de fallos de uso común para garantir o nivel de calidade e fiabilidade do PCB na fabricación. Este traballo resume dez técnicas de análise de fallos como referencia.

Análise de mecanismos e causas da falla do PCB

1. Unha inspección visual

A inspección do aspecto consiste en inspeccionar ou usar visualmente algúns instrumentos sinxelos, como o microscopio estereoscópico, o microscopio metalográfico ou incluso a lupa, para comprobar o aspecto do PCB e atopar as partes falladas e as probas físicas relevantes. A función principal é localizar o fallo e xulgar preliminarmente o modo de fallo do PCB. A inspección do aspecto comproba principalmente a contaminación do PCB, a corrosión, a situación da explosión da placa, o cableado do circuíto e a regularidade da falla, se é por lotes ou individual, se está sempre concentrado nunha determinada área, etc. 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. Fluoroscopia de raios X

Para algunhas pezas que non poden ser inspeccionadas polo aspecto, así como o interior do PCB a través do orificio e outros defectos internos, temos que empregar un sistema de fluoroscopia de raios X para comprobar. O sistema de fluoroscopia de raios X é o uso de diferentes espesores de material ou densidade de material diferente de higroscopicidade de raios X ou transmitancia de diferentes principios á imaxe. Esta tecnoloxía úsase máis para comprobar a localización de defectos nas xuntas de soldadura PCBA, a través de defectos de buratos e defectos en dispositivos BGA ou CSP con envases de alta densidade. 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. Análise de seccións

A análise de porcións é o proceso de obtención de estrutura de sección transversal de PCB mediante mostraxe, mosaico, porción, pulido, corrosión, observación e unha serie de métodos e pasos. 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; Ao mesmo tempo, o método de requirimento da mostra é elevado, o tempo de preparación da mostra tamén é longo, a necesidade de persoal técnico adestrado. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Microscopio acústico de barrido

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. Neste punto, o microscopio acústico de barrido mostra a súa vantaxe especial na detección non destrutiva de PCB de alta densidade multicapa. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Análise microinfrarroja

A análise de micro infravermellos é a espectroscopia de infravermellos combinada co método de análise de microscopio, usa diferentes materiais (principalmente materia orgánica) segundo o principio da absorción do espectro infravermello, analizando a composición composta dos materiais, xunto co microscopio pode facer luz visible e luz infravermella. coa ruta luminosa, sempre que debaixo do campo visual, pode buscar análise de contaminantes orgánicos traza. A falta dun microscopio, a espectroscopia infravermella normalmente só pode analizar mostras grandes. 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. Análise de microscopía electrónica de varrido

O microscopio electrónico de varrido (SEM) é un dos sistemas de imaxe microscópica electrónica a grande escala máis útiles para a análise de fallos. O seu principio de traballo é formar un feixe de electróns cun diámetro de decenas a miles de angstroms (A) enfocando o feixe de electróns emitido dende o cátodo acelerado polo ánodo. Baixo a acción de desvío da bobina de dixitalización, O feixe de electróns escanea a superficie da mostra punto por punto nunha orde de tempo e espazo determinada. O feixe de electróns de alta enerxía bombarda a superficie da mostra e xera unha variedade de información, que se pode recoller e amplificar para obter varios gráficos correspondentes na pantalla. 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. Os electróns retrodispersados ​​excitados xéranse no intervalo de 100 ~ 1000 nm na superficie da mostra e emiten diferentes características coa diferenza de número atómico da substancia. Polo tanto, a imaxe electrónica retrodispersionada ten características morfolóxicas e capacidade de discriminación de número atómico e, polo tanto, a imaxe electrónica retrodispersada pode reflectir a distribución de elementos químicos. O microscopio electrónico de barrido actual foi moi poderoso, calquera estrutura fina ou características da superficie pódense ampliar ata centos de miles de veces para observación e análise.

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. Ademais, a profundidade de campo da imaxe do microscopio electrónico de barrido é moito maior que a do microscopio óptico, que é un método importante para a análise da estrutura metalográfica, a fractura microscópica e os bigotes de estaño.

7. X-ray energy spectrum analysis

A microscopía electrónica de varrido mencionada adoita estar equipada cun espectrómetro de enerxía de raios X. 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. Ao mesmo tempo, os instrumentos correspondentes denomínanse respectivamente espectrómetro de dispersión de espectro (WDS para abreviatura) e espectrómetro de dispersión de enerxía (EDS para abreviatura) segundo a lonxitude de onda característica ou a enerxía característica da detección do sinal de raios X. A resolución do espectrómetro é maior que a do espectrómetro de enerxía e a velocidade de análise do espectrómetro de enerxía é máis rápida que a do espectrómetro de enerxía. Debido á alta velocidade e ao baixo custo dos espectrómetros de enerxía, a microscopía electrónica SCANNING xeral está equipada con espectrómetros de enerxía.

Co diferente modo de dixitalización do feixe de electróns, o espectrómetro de enerxía pode analizar o punto, a liña e o plano da superficie e obter a información de diferente distribución de elementos.Point analysis yields all elements of a point; Análise de liña Realízase unha análise de elementos nunha liña especificada cada vez e a distribución de liña de todos os elementos obtense mediante dixitalización múltiple. Análise de superficies A análise de todos os elementos dunha superficie dada. O contido do elemento medido é a media do rango de medidas superficiais.

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. A precisión da análise cuantitativa do espectrómetro de enerxía é limitada e o contido inferior ao 0.1% xeralmente non é fácil de detectar. A combinación de espectro de enerxía e SEM pode obter a información de morfoloxía e composición de superficie simultaneamente, razón pola que se usan amplamente.

8. Análise de espectroscopia de fotoelectrón (XPS)

As mostras por irradiación de raios X, a superficie dos electróns da carcasa interna do átomo escaparán da unión do núcleo e formarán unha superficie sólida, medindo a súa enerxía cinética o Ex, pódese obter a enerxía de unión dos electróns da carcasa interna do átomo. Eb, Eb varía de diferentes elementos e diferentes capas de electróns, son as “pegadas dixitais” dos parámetros de identificación de átomos, a formación da liña espectral é a espectroscopia de fotoelectrón (XPS). XPS pódese empregar para a análise cualitativa e cuantitativa de elementos nunha superficie superficial (varios nanómetros) da superficie da mostra. Ademais, a información sobre os estados de valencia química dos elementos pódese obter a partir de desprazamentos químicos de enerxía de unión. Pode dar a información do enlace entre o estado de valencia da capa superficial e os elementos circundantes. 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; As multicapas tamén se poden analizar lonxitudinalmente mediante un despezamento de ións argón (ver o caso seguinte) cunha sensibilidade moito maior que o espectro de enerxía (EDS). XPS úsase principalmente na análise da análise da calidade do revestimento de PCB, análise da contaminación e análise do grao de oxidación, para determinar a razón profunda da mala soldabilidade.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Un método para medir a diferenza de entrada de potencia entre unha substancia e unha substancia de referencia en función da temperatura (ou o tempo) baixo control de temperatura programado. 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)

A análise mecánica térmica úsase para medir as propiedades de deformación de sólidos, líquidos e xeles baixo forzas térmicas ou mecánicas baixo control de temperatura programado. Os métodos de carga usados ​​habitualmente inclúen compresión, inserción de pasadores, estiramento, flexión, etc. A sonda de proba consiste nun soporte fixado no raio voladizo e no resorte helicoidal, a través do motor da carga aplicada, cando se produce a deformación da mostra, transformador diferencial para detectar o cambio e xunto co procesamento de datos, como temperatura, tensión e tensión despois o material pódese obter baixo as relacións de deformación de carga insignificantes coa temperatura (ou o tempo). Segundo a relación entre deformación e temperatura (ou tempo), pódense estudar e analizar as propiedades fisicoquímicas e termodinámicas dos materiais. O TMA úsase amplamente na análise de PCB e úsase principalmente na medición dos dous parámetros máis críticos do PCB: coeficiente de expansión lineal e temperatura de transición vítrea. O PCB cun coeficiente de expansión demasiado grande adoita provocar a falla da fractura de buratos metalizados despois da soldadura e montaxe.