כמוביל של רכיבים שונים ומרכז העברת אותות המעגל, PCB הפך לחלק החשוב והמרכזי ביותר במוצרי המידע האלקטרוניים, רמתו ואמינותו קובעים את איכות ואמינות הציוד כולו. עם זאת, בשל העלות והסיבות הטכניות, יש הרבה בעיות כשל בייצור ויישום PCB.

לבעיית כשל מסוג זה, עלינו להשתמש בכמה טכניקות ניתוח כשלים נפוצות כדי להבטיח את איכות ואמינות ה- PCB בייצור. מאמר זה מסכם עשר טכניקות ניתוח כשלים לעיון.

ניתוח מנגנון וסיבות של כשל ב- PCB

1. בדיקה ויזואלית

בדיקת המראה היא בדיקה ויזואלית או שימוש בכמה מכשירים פשוטים, כגון מיקרוסקופ סטריאוסקופי, מיקרוסקופ מטלוגרפי או אפילו זכוכית מגדלת, כדי לבדוק את המראה של ה- PCB ולמצוא את החלקים הכושלים ואת הראיות הפיזיות הרלוונטיות. הפונקציה העיקרית היא לאתר את הכשל ולשפוט מראש את מצב הכשל של ה- PCB. בדיקת המראה בעיקר בודקת זיהום PCB, קורוזיה, מיקום פיצוץ הלוח, חיווט מעגלים ותקינות הכשל, אם הוא אצווה או אינדיבידואלי, האם הוא תמיד מרוכז באזור מסוים וכו ‘. 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. פלואורוסקופיה של רנטגן

בחלקים מסוימים שאינם ניתנים לבדיקה על ידי המראה, כמו גם החלק הפנימי של ה- PCB דרך חור ופגמים פנימיים אחרים, עלינו להשתמש במערכת פלואורוסקופיה של רנטגן כדי לבדוק. מערכת פלואורוסקופיה של רנטגן היא שימוש בעובי חומרים שונה או בצפיפות חומרים שונה של היגרוסקופיות רנטגן או העברת עקרונות שונים להדמיה. טכנולוגיה זו משמשת יותר לבדיקת מיקום הפגמים במפרקי הלחמה PCBA, דרך פגמים חורים ופגמים במכשירי BGA או CSP עם אריזה בצפיפות גבוהה. 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. ניתוח מדור

ניתוח פרוסה הוא תהליך של קבלת מבנה חתך PCB באמצעות דגימה, פסיפס, פרוסה, ליטוש, קורוזיה, תצפית ושורה של שיטות ושלבים. 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; יחד עם זאת, שיטת דרישות הדגימה גבוהה, זמן הכנת הדגימה הוא גם ארוך, הצורך של צוות טכני מיומן להשלים. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. סריקת מיקרוסקופ אקוסטי

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. בשלב זה, המיקרוסקופ האקוסטי הסורק מראה את יתרונו המיוחד בגילוי בלתי הרסני של רב-שכבתי PCB בצפיפות גבוהה. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. ניתוח מיקרו -אינפרא אדום

ניתוח מיקרו אינפרא אדום הוא ספקטרוסקופיה אינפרא אדום בשילוב עם שיטת ניתוח מיקרוסקופ, היא משתמשת בחומרים שונים (חומר אורגני בעיקר) על העיקרון של קליטת הספקטרום האינפרא אדום, ניתוח ההרכב המורכב של החומרים, יחד עם המיקרוסקופ יכול לגרום לאור גלוי ואור אינפרא אדום. עם שביל האור, כל עוד מתחת לשדה הראייה, יכול לחפש ניתוח של מזהמים אורגניים עקבות. בהיעדר מיקרוסקופ, ספקטרוסקופיה אינפרא אדומה יכולה בדרך כלל לנתח רק דגימות גדולות. 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. סריקת ניתוח מיקרוסקופ אלקטרונים

סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) היא אחת ממערכות ההדמיה המיקרוסקופיות האלקטרונים בהיקף גדול ביותר לניתוח כשלים. עקרון העבודה שלה הוא יצירת קרן אלקטרונים בקוטר של עשרות עד אלפי אנגסטרים (A) על ידי מיקוד קרן האלקטרונים הנפלטת מהקטודה המואצת על ידי האנודה. תחת פעולת הסטת סליל הסריקה, קרן האלקטרונים סורקת את פני המדגם נקודה אחר נקודה בסדר זמן ומרחב מסוים. קרן האלקטרונים באנרגיה גבוהה מפציצה את פני הדגימה ומייצרת מגוון מידע, שניתן לאסוף ולהגביר כדי לקבל גרפיקה מתאימה שונים על מסך התצוגה. 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. האלקטרונים הנפגשים המרוגשים נוצרים בטווח של 100 ~ 1000 ננומטר על פני המדגם, והם פולטים מאפיינים שונים בהפרש המספר האטומי של החומר. לכן, לתמונת האלקטרון המפוזרת יש מאפיינים מורפולוגיים ויכולת אפליה של מספר אטומי, ולכן תמונת האלקטרון המפוזר יכולה לשקף את התפלגות היסודות הכימיים. מיקרוסקופ אלקטרון הסריקה הנוכחי היה חזק מאוד, ניתן להגדיל כל מבנה עדין או תכונות משטח עד מאות אלפי פעמים לצורך תצפית וניתוח.

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. בנוסף, עומק השדה של תמונת המיקרוסקופ האלקטרונים הסורקים גדול בהרבה מזה של המיקרוסקופ האופטי, המהווה שיטה חשובה לניתוח המבנה המטלוגרפי, השבר המיקרוסקופי וזיפים מפח.

7. X-ray energy spectrum analysis

מיקרוסקופ אלקטרון הסריקה שהוזכר לעיל מצויד בדרך כלל בספקטרומטר אנרגיה של רנטגן. 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. יחד עם זאת, המכשירים המתאימים נקראים בהתאמה ספקטרומטר פיזור ספקטרום (בקיצור WDS) וספקטרומטר פיזור אנרגיה (EDS בקיצור) על פי אורך הגל האופייני או האנרגיה האופיינית לגילוי אות הרנטגן. הרזולוציה של הספקטרומטר גבוהה מזו של ספקטרומטר האנרגיה, ומהירות הניתוח של ספקטרומטר האנרגיה מהירה יותר מזו של ספקטרומטר האנרגיה. בגלל המהירות הגבוהה והעלות הנמוכה של ספקטרומטר האנרגיה, מיקרוסקופ האלקטרונים הכללי SCANNING מצויד בספקטרומטר אנרגיה.

בעזרת מצב הסריקה השונה של קרן האלקטרונים, ספקטרומטר האנרגיה יכול לנתח את הנקודה, הקו והמישור של פני השטח, ולקבל מידע על התפלגות אלמנטים שונים.Point analysis yields all elements of a point; ניתוח קווים מבצע כל פעם רכיב אחד על קו שצוין, והתפלגות הקווים של כל האלמנטים מתקבלת על ידי סריקה מרובה. ניתוח פני השטח ניתוח כל האלמנטים במשטח נתון. תוכן האלמנט הנמדד הוא הממוצע של טווח מדידות השטח.

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. דיוק הניתוח הכמותי של ספקטרומטר האנרגיה מוגבל, והתוכן פחות מ -0.1% בדרך כלל אינו קל לזיהוי. השילוב של ספקטרום האנרגיה ו- SEM יכול להשיג את המידע של המורפולוגיה וההרכב השטח בו זמנית, וזו הסיבה מדוע הם נמצאים בשימוש נרחב.

8. ניתוח ספקטרוסקופיה פוטואלקטרונים (XPS)

דוגמאות באמצעות הקרנת רנטגן, פני השטח של האלקטרונים הפנימיים של האטום יימלטו מהעבדות של הגרעין ויצירת משטח מוצק, מדידת האנרגיה הקינטית שלו ה- Ex, ניתן להשיג את האלקטרונים הפנימיים של האטום באנרגיה המחייבת של Eb, Eb השתנה מאלמנטים שונים ומעטפת אלקטרונים שונים, זוהי “טביעות האצבע” של פרמטרי זיהוי האטום, היווצרות קו ספקטרלי היא ספקטרוסקופיית הפוטואלקטרונים (XPS). ניתן להשתמש ב- XPS לניתוח איכותי וכמותי של יסודות על משטח רדוד (מספר ננומטרים) של משטח הדגימה. בנוסף, ניתן לקבל מידע על מצבי ערכיות כימיים של יסודות משינויים כימיים של אנרגיית הקישור. זה יכול לתת את המידע של הקשר בין מצב הערכיות של שכבת פני השטח לבין האלמנטים שמסביב. 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; ניתן גם לנתח שכבות מרובות לאורך על ידי הפשטת יון ארגון (ראו המקרה להלן) ברגישות הרבה יותר גדולה מספקטרום האנרגיה (EDS). XPS משמש בעיקר בניתוח של ניתוח איכות ציפוי PCB, ניתוח זיהום וניתוח דרגות חמצון, על מנת לקבוע את הסיבה העמוקה לריתוך לקוי.

9. Differential Scanning Calorim-etry

שיטה למדידת ההבדל בקלט הכוח בין חומר לחומר התייחסות כפונקציה של טמפרטורה (או זמן) תחת בקרת טמפרטורה מתוכנת. 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. בדיקת הבדיקה מורכבת מקבוע על קרן השלוחה ותמיכת האביב הסליל, דרך המנוע של העומס המופעל, כאשר מתרחש עיוות הדגימה, שנאי דיפרנציאלי לאיתור השינוי, ויחד עם עיבוד הנתונים, כגון טמפרטורה, מתח ומתח לאחר ניתן להשיג את החומר ביחסי עיוות העומס הזניחים עם הטמפרטורה (או הזמן). על פי הקשר בין עיוות לטמפרטורה (או זמן), ניתן ללמוד ולנתח את התכונות הפיסיקוכימיות והתרמודינמיות של חומרים. TMA נמצא בשימוש נרחב בניתוח PCB ומשמש בעיקר למדידת שני הפרמטרים הקריטיים ביותר של PCB: מקדם הרחבה לינארית וטמפרטורת מעבר זכוכית. PCB עם מקדם הרחבה גדול מדי יוביל לרוב לכשל בשברים של חורים מתכתיים לאחר ריתוך והרכבה.