Sebagai pembawa berbagai komponen dan hub transmisi sinyal sirkuit, PCB telah menjadi bagian terpenting dan kunci dari produk informasi elektronik, kualitas dan tingkat keandalannya menentukan kualitas dan keandalan seluruh peralatan. Namun, karena alasan biaya dan teknis, ada banyak masalah kegagalan dalam produksi dan aplikasi PCB.

Untuk masalah kegagalan semacam ini, kita perlu menggunakan beberapa teknik analisis kegagalan yang umum digunakan untuk memastikan kualitas dan tingkat keandalan PCB di bidang manufaktur. Makalah ini merangkum sepuluh teknik analisis kegagalan untuk referensi.

Mekanisme dan analisis penyebab kegagalan PCB

1. Inspeksi visual

Inspeksi penampilan adalah untuk memeriksa secara visual atau menggunakan beberapa instrumen sederhana, seperti mikroskop stereoskopik, mikroskop metalografi atau bahkan kaca pembesar, untuk memeriksa penampilan PCB dan menemukan bagian yang gagal dan bukti fisik yang relevan. Fungsi utamanya adalah untuk menemukan kegagalan dan terlebih dahulu menilai mode kegagalan PCB. Inspeksi penampilan terutama memeriksa polusi PCB, korosi, lokasi ledakan papan, kabel sirkuit dan keteraturan kegagalan, apakah itu batch atau individual, apakah selalu terkonsentrasi di area tertentu, dll. Selain itu, kegagalan banyak PCB ditemukan setelah perakitan PCBA. Apakah kegagalan tersebut disebabkan oleh pengaruh proses perakitan dan bahan yang digunakan dalam proses tersebut juga memerlukan pemeriksaan yang cermat terhadap karakteristik area kegagalan.

2. Fluoroskopi sinar-X

Untuk beberapa bagian yang tidak dapat diperiksa dengan penampilan, serta bagian dalam PCB melalui lubang dan cacat internal lainnya, kami harus menggunakan sistem fluoroskopi sinar-X untuk memeriksanya. Sistem fluoroskopi sinar-X adalah penggunaan ketebalan bahan yang berbeda atau kepadatan bahan yang berbeda dari higroskopisitas sinar-X atau transmisi prinsip yang berbeda untuk pencitraan. Teknologi ini lebih banyak digunakan untuk memeriksa lokasi cacat pada sambungan solder PCBA, melalui cacat lubang dan cacat pada perangkat BGA atau CSP dengan kemasan kepadatan tinggi. Saat ini, resolusi peralatan fluoroskopi sinar-X industri dapat mencapai kurang dari satu mikron, dan berubah dari peralatan pencitraan dua dimensi menjadi tiga dimensi. Bahkan ada peralatan lima dimensi (5D) yang digunakan untuk inspeksi pengemasan, tetapi sistem fluoroskopi sinar-X 5D ini sangat mahal, dan jarang memiliki aplikasi praktis di industri.

3. Analisis bagian

Analisis irisan adalah proses mendapatkan struktur penampang PCB melalui pengambilan sampel, Mosaik, irisan, pemolesan, korosi, pengamatan dan serangkaian metode dan langkah. Informasi berlimpah tentang mikrostruktur PCB (melalui lubang, pelapis, dll.) dapat diperoleh dengan analisis irisan, yang memberikan dasar yang baik untuk peningkatan kualitas berikutnya. Namun, metode ini merusak, setelah irisan dilakukan, sampel pasti akan dihancurkan; Pada saat yang sama, metode persyaratan sampel tinggi, waktu persiapan sampel juga lama, kebutuhan tenaga teknis terlatih untuk menyelesaikannya. Untuk prosedur pemotongan detail, lihat standar IPC IPC-TM-650 2.1.1 dan IPC-MS-810.

4. Pemindaian mikroskop akustik

Saat ini, mikroskop akustik pemindaian ultrasonik c-mode terutama digunakan untuk pengemasan elektronik atau analisis perakitan. Itu memanfaatkan perubahan amplitudo, fase, dan polaritas yang dihasilkan oleh pantulan ultrasound frekuensi tinggi pada antarmuka bahan yang terputus-putus ke gambar, dan mode pemindaiannya adalah memindai informasi dalam bidang XY di sepanjang sumbu Z. Oleh karena itu, pemindaian mikroskop akustik dapat digunakan untuk mendeteksi berbagai cacat, termasuk retak, delaminasi, inklusi, dan rongga, pada komponen, bahan, dan PCB dan PCBA. Cacat internal sambungan solder juga dapat langsung dideteksi jika lebar frekuensi akustik pemindaian cukup. Dari citra akustik pemindaian khas dalam warna merah peringatan mengatakan ada cacat, karena sejumlah besar komponen kemasan plastik yang digunakan dalam proses SMT, dengan memimpin ke dalam proses teknologi bebas timah, sejumlah besar masalah sensitif reflow kelembaban, yaitu penyerapan kelembaban perangkat pelapis bubuk akan berada pada suhu yang lebih tinggi reflow proses bebas timah terjadi di dalam atau fenomena retak lapisan substrat, Di bawah suhu tinggi proses bebas timah, PCB umum akan sering meledak fenomena papan. Pada titik ini, mikroskop akustik pemindaian menunjukkan keunggulan khususnya dalam deteksi tak rusak dari PCB densitas tinggi multi-lapisan. Pelat meledak yang jelas secara umum dapat dideteksi dengan inspeksi visual.

5. Analisis mikroinframerah

Analisis inframerah mikro adalah spektroskopi inframerah yang dikombinasikan dengan metode analisis mikroskop, menggunakan bahan yang berbeda (terutama bahan organik) pada prinsip penyerapan spektrum inframerah, menganalisis komposisi senyawa bahan, ditambah dengan mikroskop dapat membuat cahaya tampak dan cahaya inframerah dengan jalur cahaya, selama di bawah bidang visual, dapat mencari analisis jejak polutan organik. Dengan tidak adanya mikroskop, spektroskopi inframerah biasanya hanya dapat menganalisis sampel besar. Dalam banyak kasus, jejak polusi dalam proses elektronik dapat menyebabkan kemampuan las bantalan PCB atau pin timah yang buruk. Dapat dibayangkan bahwa sulit untuk menyelesaikan masalah proses tanpa pencocokan spektrum inframerah mikroskop. Penggunaan utama analisis inframerah mikroskopis adalah untuk menganalisis polutan organik pada permukaan pengelasan atau permukaan titik solder, dan menganalisis penyebab korosi atau kemampuan penyolderan yang buruk.

6. Memindai analisis mikroskop elektron

Mikroskop elektron pemindaian (SEM) adalah salah satu sistem pencitraan mikroskopis elektron skala besar yang paling berguna untuk analisis kegagalan. Prinsip kerjanya adalah membentuk berkas elektron berdiameter puluhan hingga ribuan angstrom (A) dengan memfokuskan berkas elektron yang dipancarkan dari katoda yang dipercepat oleh anoda. Di bawah aksi defleksi koil pemindaian, Berkas elektron memindai permukaan sampel titik demi titik dalam urutan ruang dan waktu tertentu. Berkas elektron berenergi tinggi membombardir permukaan sampel dan menghasilkan berbagai informasi, yang dapat dikumpulkan dan diperkuat untuk mendapatkan berbagai grafik yang sesuai di layar tampilan. Elektron sekunder tereksitasi dihasilkan dalam kisaran 5 ~ 10nm pada permukaan sampel. Oleh karena itu, elektron sekunder dapat lebih mencerminkan topografi permukaan sampel, sehingga paling sering digunakan untuk pengamatan morfologi. Elektron hamburan balik yang tereksitasi dihasilkan dalam kisaran 100 ~ 1000nm pada permukaan sampel, dan mereka memancarkan karakteristik yang berbeda dengan perbedaan nomor atom zat. Oleh karena itu, citra elektron hamburan balik memiliki karakteristik morfologis dan kemampuan diskriminasi nomor atom, sehingga citra elektron hamburan balik dapat mencerminkan distribusi unsur kimia. Mikroskop elektron pemindaian saat ini sangat kuat, setiap struktur halus atau fitur permukaan dapat diperbesar hingga ratusan ribu kali untuk observasi dan analisis.

Dalam analisis kegagalan sambungan PCB atau solder, SEM terutama digunakan untuk analisis mekanisme kegagalan, khususnya, digunakan untuk mengamati struktur morfologi permukaan pad, struktur metalografi sambungan solder, pengukuran senyawa intermetalik, analisis pelapisan yang dapat disolder dan timah harus dianalisis dan diukur. Berbeda dengan mikroskop optik, mikroskop elektron pemindaian menghasilkan gambar elektronik, sehingga hanya memiliki warna hitam dan putih. Selain itu, sampel mikroskop elektron pemindaian diperlukan untuk menghantarkan listrik, dan non-konduktor dan bagian dari semikonduktor perlu disemprot dengan emas atau karbon, jika tidak, muatan akan berkumpul di permukaan sampel dan mempengaruhi pengamatan sampel. . Selain itu, kedalaman bidang gambar mikroskop elektron pemindaian jauh lebih besar daripada mikroskop optik, yang merupakan metode penting untuk analisis struktur metalografi, fraktur mikroskopis dan kumis timah.

7. Analisis spektrum energi sinar-X

Mikroskop elektron pemindaian yang disebutkan di atas biasanya dilengkapi dengan spektrometer energi sinar-X. Ketika berkas elektron berenergi tinggi mengenai permukaan, bahan permukaan elektron dalam atom dibombardir lepas, elektron terluar ke transisi tingkat energi rendah akan mengilhami sinar-X karakteristik, perbedaan tingkat energi atom unsur-unsur yang berbeda dari sinar-X karakteristik yang berbeda berbeda, oleh karena itu, dapat mengirimkan sampel karakteristik sinar-X sebagai analisis komposisi kimia. Pada saat yang sama, instrumen yang sesuai masing-masing disebut spektrometer dispersi spektrum (disingkat WDS) dan spektrometer dispersi energi (disingkat EDS) sesuai dengan panjang gelombang karakteristik atau energi karakteristik deteksi sinyal sinar-X. Resolusi spektrometer lebih tinggi daripada spektrometer energi, dan kecepatan analisis spektrometer energi lebih cepat daripada spektrometer energi. Karena kecepatan tinggi dan biaya rendah spektrometer energi, mikroskop elektron SCANNING umum dilengkapi dengan spektrometer energi.

Dengan mode pemindaian berkas elektron yang berbeda, spektrometer energi dapat menganalisis titik, garis, dan bidang permukaan, dan memperoleh informasi tentang distribusi elemen yang berbeda.Analisis titik menghasilkan semua elemen titik; Analisis garis Analisis satu elemen dilakukan pada garis tertentu setiap kali, dan distribusi garis dari semua elemen diperoleh dengan pemindaian ganda. Analisis permukaan Analisis semua elemen di permukaan tertentu. Kandungan elemen yang diukur adalah rata-rata dari rentang pengukuran permukaan.

Dalam analisis PCB, spektrometer dispersi energi terutama digunakan untuk analisis komposisi permukaan pad, dan analisis unsur kontaminan pada permukaan pad dan pin timah dengan kemampuan solder yang buruk. Keakuratan analisis kuantitatif spektrometer energi terbatas, dan kandungan kurang dari 0.1% umumnya tidak mudah dideteksi. Penggabungan spektrum energi dan SEM dapat memperoleh informasi morfologi dan komposisi permukaan secara bersamaan, sehingga banyak digunakan.

8. Analisis spektroskopi fotoelektron (XPS)

Sampel dengan penyinaran sinar X, permukaan kulit bagian dalam elektron atom akan lepas dari ikatan inti dan membentuk permukaan padat, mengukur energi kinetiknya Ex, elektron kulit bagian dalam atom dapat diperoleh energi ikat sebesar Eb, Eb bervariasi dari elemen yang berbeda dan kulit elektron yang berbeda, itu adalah “sidik jari” dari parameter identifikasi atom, pembentukan garis spektral adalah spektroskopi fotoelektron (XPS). XPS dapat digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif elemen pada permukaan dangkal (beberapa nanometer) dari permukaan sampel. Selain itu, informasi tentang keadaan valensi kimia unsur dapat diperoleh dari pergeseran kimia energi ikat. Ini dapat memberikan informasi tentang ikatan antara keadaan valensi lapisan permukaan dan elemen sekitarnya. Sinar datang adalah sinar foton sinar-X, sehingga analisis sampel insulasi dapat dilakukan, tanpa merusak sampel analisis multi-elemen cepat yang dianalisis; Multilayer juga dapat dianalisis secara longitudinal dengan stripping ion argon (lihat kasus di bawah) dengan sensitivitas yang jauh lebih besar daripada spektrum energi (EDS). XPS terutama digunakan dalam analisis analisis kualitas lapisan PCB, analisis polusi dan analisis tingkat oksidasi, untuk menentukan alasan mendalam kemampuan las yang buruk.

9. Diferensial Scanning Kalori-etry

Metode pengukuran perbedaan daya input antara zat dan zat referensi sebagai fungsi suhu (atau waktu) di bawah kontrol suhu terprogram. DSC dilengkapi dengan dua kelompok kawat pemanas kompensasi di bawah sampel dan wadah referensi, ketika sampel dalam proses pemanasan karena efek termal dan perbedaan suhu referensi T, melalui rangkaian penguat panas diferensial dan penguat kompensasi panas diferensial, sehingga arus yang mengalir ke kawat pemanas kompensasi berubah.

Perbedaan suhu T menghilang, dan hubungan antara perbedaan daya termal dari dua sampel yang dikompensasi secara elektrik dan bahan referensi dengan suhu (atau waktu) dicatat. Menurut hubungan ini, sifat fisikokimia dan termodinamika bahan dapat dipelajari dan dianalisis. DSC banyak digunakan dalam analisis PCB, tetapi terutama digunakan untuk mengukur tingkat penyembuhan berbagai bahan polimer yang digunakan dalam PCB dan suhu transformasi keadaan kaca, kedua parameter ini menentukan keandalan PCB dalam proses selanjutnya.

10. Penganalisis termomekanik (TMA)

Analisis Mekanik Termal digunakan untuk mengukur sifat deformasi padatan, cairan, dan gel di bawah gaya Termal atau Mekanik di bawah kontrol suhu terprogram. Metode beban yang umum digunakan meliputi kompresi, penyisipan pin, peregangan, pembengkokan, dll. Test probe terdiri dari tetap pada balok kantilever dan dukungan pegas heliks, melalui motor beban yang diterapkan, ketika deformasi spesimen terjadi, transformator diferensial untuk mendeteksi perubahan, dan bersama-sama dengan pemrosesan data, seperti suhu, tegangan dan regangan setelah material dapat diperoleh di bawah hubungan deformasi beban yang dapat diabaikan dengan suhu (atau waktu). Menurut hubungan antara deformasi dan suhu (atau waktu), sifat fisikokimia dan termodinamika bahan dapat dipelajari dan dianalisis. TMA banyak digunakan dalam analisis PCB dan terutama digunakan dalam mengukur dua parameter paling kritis dari PCB: koefisien ekspansi linier dan suhu transisi kaca. PCB dengan koefisien ekspansi yang terlalu besar akan sering menyebabkan kegagalan fraktur lubang logam setelah pengelasan dan perakitan.