Come vettore di vari componenti e fulcro della trasmissione del segnale del circuito, PCB è diventata la parte più importante e fondamentale dei prodotti di informazione elettronica, il suo livello di qualità e affidabilità determina la qualità e l’affidabilità dell’intera apparecchiatura. Tuttavia, a causa di costi e motivi tecnici, ci sono molti problemi di guasto nella produzione e nell’applicazione dei PCB.

Per questo tipo di problema di guasto, è necessario utilizzare alcune tecniche di analisi dei guasti comunemente utilizzate per garantire il livello di qualità e affidabilità del PCB nella produzione. Questo documento riassume dieci tecniche di analisi dei guasti come riferimento.

Meccanismo e analisi della causa del guasto del PCB

1. Un’ispezione visiva

L’ispezione dell’aspetto consiste nell’ispezionare visivamente o utilizzare alcuni strumenti semplici, come il microscopio stereoscopico, il microscopio metallografico o persino la lente d’ingrandimento, per controllare l’aspetto del PCB e trovare le parti guaste e le prove fisiche rilevanti. La funzione principale è quella di individuare il guasto e giudicare preliminarmente la modalità di guasto del PCB. L’ispezione dell’aspetto controlla principalmente l’inquinamento del PCB, la corrosione, la posizione dell’esplosione della scheda, il cablaggio del circuito e la regolarità del guasto, se è batch o individuale, se è sempre concentrato in una determinata area, ecc. 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 a raggi X

Per alcune parti che non possono essere ispezionate dall’aspetto, così come l’interno del PCB attraverso il foro e altri difetti interni, dobbiamo utilizzare il sistema di fluoroscopia a raggi X per verificare. Il sistema di fluoroscopia a raggi X è l’uso di diversi spessori del materiale o diversa densità del materiale di igroscopicità a raggi X o trasmittanza di diversi principi all’imaging. Questa tecnologia è più utilizzata per controllare la posizione dei difetti nei giunti di saldatura PCBA, attraverso i difetti dei fori e i difetti nei dispositivi BGA o CSP con imballaggi ad alta densità. 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. Analisi della sezione

L’analisi della fetta è il processo per ottenere la struttura della sezione trasversale del PCB attraverso il campionamento, il mosaico, la fetta, la lucidatura, la corrosione, l’osservazione e una serie di metodi e passaggi. Informazioni abbondanti sulla microstruttura del PCB (foro passante, rivestimento, ecc.) Possono essere ottenute mediante l’analisi delle sezioni, che fornisce una buona base per il successivo miglioramento della qualità. However, this method is destructive, once the slice is carried out, the sample will inevitably be destroyed; Allo stesso tempo, il metodo dei requisiti del campione è elevato, anche il tempo di preparazione del campione è lungo, la necessità di personale tecnico qualificato per il completamento. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Microscopio acustico a scansione

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. A questo punto, il microscopio acustico a scansione mostra il suo vantaggio speciale nel rilevamento non distruttivo di PCB multistrato ad alta densità. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Analisi microinfrarossi

L’analisi micro infrarossa consiste nella spettroscopia a infrarossi combinata con il metodo di analisi del microscopio, utilizza materiali diversi (principalmente materia organica) sul principio dell’assorbimento dello spettro infrarosso, analizzando la composizione composta dei materiali, accoppiata con il microscopio può rendere la luce visibile e la luce infrarossa con il percorso ottico, purché sotto il campo visivo, si possono ricercare analisi di tracce di inquinanti organici. In assenza di un microscopio, la spettroscopia a infrarossi di solito può analizzare solo campioni di grandi dimensioni. 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. Analisi al microscopio elettronico a scansione

Il microscopio elettronico a scansione (SEM) è uno dei più utili sistemi di imaging al microscopio elettronico su larga scala per l’analisi dei guasti. Il suo principio di funzionamento è quello di formare un fascio di elettroni con diametro da decine a migliaia di angstrom (A) focalizzando il fascio di elettroni emesso dal catodo accelerato dall’anodo. Sotto l’azione di deflessione della bobina di scansione, Il fascio di elettroni scansiona punto per punto la superficie del campione in un certo ordine temporale e spaziale. Il fascio di elettroni ad alta energia bombarda la superficie del campione e genera una varietà di informazioni, che possono essere raccolte e amplificate per ottenere vari grafici corrispondenti sullo schermo del display. 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. Gli elettroni retrodiffusi eccitati sono generati nell’intervallo 100 ~ 1000 nm sulla superficie del campione ed emettono caratteristiche diverse con la differenza del numero atomico della sostanza. Pertanto, l’immagine elettronica retrodiffusa ha caratteristiche morfologiche e capacità di discriminazione del numero atomico e, pertanto, l’immagine elettronica retrodiffusa può riflettere la distribuzione degli elementi chimici. L’attuale microscopio elettronico a scansione è stato molto potente, qualsiasi struttura fine o caratteristica della superficie può essere ingrandita fino a centinaia di migliaia di volte per l’osservazione e l’analisi.

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. Inoltre, la profondità di campo dell’immagine al microscopio elettronico a scansione è molto maggiore di quella del microscopio ottico, che è un metodo importante per l’analisi della struttura metallografica, della frattura microscopica e dei baffi di stagno.

7. X-ray energy spectrum analysis

La suddetta microscopia elettronica a scansione è solitamente dotata di uno spettrometro di energia a raggi 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. Allo stesso tempo, gli strumenti corrispondenti sono chiamati rispettivamente spettrometro a dispersione di spettro (in breve WDS) e spettrometro a dispersione di energia (in breve EDS) in base alla lunghezza d’onda caratteristica o energia caratteristica del rilevamento del segnale a raggi X. La risoluzione dello spettrometro è superiore a quella dello spettrometro di energia e la velocità di analisi dello spettrometro di energia è maggiore di quella dello spettrometro di energia. A causa dell’alta velocità e del basso costo degli spettrometri di energia, la microscopia elettronica a SCANSIONE generale è dotata di spettrometri di energia.

Con la diversa modalità di scansione del fascio di elettroni, lo spettrometro di energia può analizzare il punto, la linea e il piano della superficie e ottenere le informazioni sulla diversa distribuzione degli elementi.Point analysis yields all elements of a point; Analisi della linea L’analisi di un elemento viene eseguita ogni volta su una linea specificata e la distribuzione della linea di tutti gli elementi è ottenuta mediante scansione multipla. Analisi della superficie L’analisi di tutti gli elementi in una data superficie. Il contenuto dell’elemento misurato è la media dell’intervallo di misurazioni della superficie.

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. L’accuratezza dell’analisi quantitativa dello spettrometro di energia è limitata e il contenuto inferiore allo 0.1% non è generalmente facile da rilevare. La combinazione di spettro energetico e SEM può ottenere contemporaneamente le informazioni di morfologia e composizione della superficie, motivo per cui sono ampiamente utilizzati.

8. Analisi spettroscopia fotoelettronica (XPS)

Campioni mediante irradiazione a raggi X, la superficie degli elettroni del guscio interno dell’atomo sfuggirà al legame del nucleo e della superficie solida formando, misurando la sua energia cinetica l’Ex, gli elettroni del guscio interno dell’atomo possono essere ottenuti l’energia di legame di Eb, Eb varia da diversi elementi e diversi gusci elettronici, sono le “impronte digitali” dei parametri di identificazione dell’atomo, la formazione della riga spettrale è la spettroscopia fotoelettronica (XPS). XPS può essere utilizzato per l’analisi qualitativa e quantitativa di elementi su superfici poco profonde (diversi nanometri) della superficie del campione. Inoltre, le informazioni sugli stati di valenza chimica degli elementi possono essere ottenute dagli spostamenti chimici dell’energia di legame. Può dare l’informazione del legame tra lo stato di valenza dello strato superficiale e gli elementi circostanti. 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; I multistrati possono anche essere analizzati longitudinalmente mediante strippaggio degli ioni di argon (vedere il caso seguente) con una sensibilità di gran lunga maggiore rispetto allo spettro di energia (EDS). L’XPS viene utilizzato principalmente nell’analisi dell’analisi della qualità del rivestimento PCB, nell’analisi dell’inquinamento e nell’analisi del grado di ossidazione, al fine di determinare il motivo profondo della scarsa saldabilità.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Un metodo per misurare la differenza di potenza assorbita tra una sostanza e una sostanza di riferimento in funzione della temperatura (o del tempo) sotto controllo programmato della temperatura. 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)

L’analisi termomeccanica viene utilizzata per misurare le proprietà di deformazione di solidi, liquidi e gel sotto forze termiche o meccaniche sotto controllo programmato della temperatura. I metodi di carico comunemente usati includono compressione, inserimento del perno, allungamento, piegatura, ecc. La sonda di prova è costituita da fissata sulla trave a sbalzo e supporto a molla elicoidale, tramite il motore del carico applicato, quando si verifica la deformazione del provino, trasformatore differenziale per rilevare il cambiamento e insieme all’elaborazione dei dati, come temperatura, sollecitazione e deformazione dopo il materiale può essere ottenuto sotto le relazioni di deformazione del carico trascurabili con la temperatura (o il tempo). In base alla relazione tra deformazione e temperatura (o tempo), si possono studiare e analizzare le proprietà fisico-chimiche e termodinamiche dei materiali. Il TMA è ampiamente utilizzato nell’analisi dei PCB e viene utilizzato principalmente nella misurazione dei due parametri più critici del PCB: coefficiente di espansione lineare e temperatura di transizione vetrosa. PCB con coefficiente di espansione troppo grande spesso porterà a rottura di fori metallizzati dopo la saldatura e l’assemblaggio.