As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB は電子情報製品の最も重要で重要な部分になり、その品質と信頼性のレベルが機器全体の品質と信頼性を決定します。 ただし、コストと技術的な理由により、PCBの製造とアプリケーションには多くの障害の問題があります。

この種の故障問題では、製造におけるPCBの品質と信頼性レベルを確保するために、一般的に使用される故障分析手法を使用する必要があります。 このホワイトペーパーでは、参考のためにXNUMXの障害分析手法をまとめています。

PCB障害のメカニズムと原因分析

1. 目視検査

外観検査は、実体顕微鏡、金属組織顕微鏡、さらには拡大鏡などのいくつかの単純な機器を視覚的に検査または使用して、PCBの外観をチェックし、故障した部品と関連する物理的証拠を見つけることです。 主な機能は、障害を特定し、PCBの障害モードを事前に判断することです。 外観検査では、主にPCBの汚染、腐食、基板爆発の場所、回路配線、故障の規則性、バッチまたは個別の場合、常に特定の領域に集中しているかどうかなどをチェックします。 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.X線透視

外観で検査できない部品や、PCBスルーホールの内部などの内部欠陥については、X線透視システムを使用してチェックする必要があります。 X線透視システムは、X線吸湿性またはイメージングに対するさまざまな原理の透過率のさまざまな材料の厚さまたはさまざまな材料密度の使用です。 この技術は、PCBAはんだ接合部の欠陥の位置をチェックするために、穴の欠陥や高密度パッケージを備えたBGAまたはCSPデバイスの欠陥を介してより多く使用されます。 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. セクション分析

Slice analysis is the process of obtaining PCB cross section structure through sampling, Mosaic, slice, polishing, corrosion, observation and a series of methods and steps. 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; 同時に、サンプル要件の方法が高く、サンプル準備時間も長く、訓練を受けた技術者が完了する必要があります。 For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. 走査型音響顕微鏡

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. この時点で、走査型音響顕微鏡は、多層高密度PCBの非破壊検出における特別な利点を示しています。 The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. マイクロ赤外線分析

マイクロ赤外分析は、赤外分光法と顕微鏡解析法を組み合わせたもので、赤外スペクトル吸収の原理で異なる材料（主に有機物）を使用し、材料の化合物組成を分析し、顕微鏡と組み合わせて可視光と赤外光を作ることができます光路を使用すると、可視領域の下にある限り、微量の有機汚染物質の分析を探すことができます。 顕微鏡がない場合、赤外線分光法は通常、大きなサンプルしか分析できません。 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. 走査型電子顕微鏡分析

走査型電子顕微鏡（SEM）は、故障解析に最も有用な大規模電子顕微鏡イメージングシステムのXNUMXつです。 その動作原理は、アノードによって加速されたカソードから放出された電子ビームを集束させることによって、直径が数十から数千オングストローム（A）の電子ビームを形成することです。 走査コイルのたわみの作用下で、 電子ビームは、特定の時間と空間の順序でサンプルの表面をXNUMX点ずつスキャンします。 高エネルギー電子ビームはサンプルの表面に衝突し、さまざまな情報を生成します。これらの情報を収集および増幅して、対応するさまざまなグラフィックを表示画面に表示できます。 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. 励起された後方散乱電子は、サンプルの表面に100〜1000 nmの範囲で生成され、物質の原子番号の違いによって異なる特性を放出します。 したがって、後方散乱電子画像は、形態学的特徴および原子番号識別能力を有し、したがって、後方散乱電子画像は、化学元素の分布を反映することができる。 現在の走査型電子顕微鏡は非常に強力であり、微細構造や表面の特徴は、観察と分析のために数十万倍に拡大することができます。

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. さらに、走査型電子顕微鏡画像の被写界深度は、光学顕微鏡の被写界深度よりもはるかに大きく、これは、金属組織構造、微視的破壊、およびスズウィスカーの分析にとって重要な方法です。

7. X-ray energy spectrum analysis

上記の走査型電子顕微鏡は通常、X線エネルギー分光計を備えています。 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. 同時に、対応する機器は、X線信号検出の特徴的な波長または特徴的なエネルギーに応じて、それぞれスペクトル分散分光計（略してWDS）およびエネルギー分散分光計（略してEDS）と呼ばれます。 分光計の分解能はエネルギー分光計の分解能よりも高く、エネルギー分光計の分析速度はエネルギー分光計の分析速度よりも高速です。 エネルギー分光計は高速で低コストであるため、一般的な走査型電子顕微鏡にはエネルギー分光計が装備されています。

電子ビームのさまざまなスキャンモードを使用して、エネルギー分光計は表面の点、線、および平面を分析し、元素のさまざまな分布の情報を取得できます。Point analysis yields all elements of a point; ライン分析指定されたラインに対して毎回XNUMXつの元素分析が実行され、すべての要素のライン分布が複数のスキャンによって取得されます。 表面分析特定の表面のすべての要素の分析。 測定された元素含有量は、表面測定範囲の平均です。

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. エネルギースペクトロメータの定量分析精度には限界があり、0.1％未満の含有量は一般に検出が容易ではありません。 エネルギースペクトルとSEMの組み合わせにより、表面の形態と組成の情報を同時に取得できるため、広く使用されています。

8. 光電子分光法（XPS）分析

X線照射によるサンプルでは、​​原子の内殻電子の表面が核の結合から脱出し、固体表面が形成され、その運動エネルギーExを測定し、原子の内殻電子の結合エネルギーを得ることができます。 Eb、Ebはさまざまな要素やさまざまな電子殻によって異なり、原子識別パラメーターの「指紋」であり、スペクトル線の形成は光電子分光法（XPS）です。 XPSは、サンプル表面の浅い表面（数ナノメートル）の元素の定性的および定量的分析に使用できます。 さらに、元素の化学原子価状態に関する情報は、結合エネルギーの化学シフトから取得できます。 それは、表面層の原子価状態と周囲の元素との間の結合の情報を与えることができます。 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; 多層は、エネルギースペクトル（EDS）よりもはるかに高い感度でアルゴンイオンストリッピング（以下のケースを参照）によって縦方向に分析することもできます。 XPSは、主にPCBコーティング品質分析、汚染分析、酸化度分析の分析に使用され、溶接性の低下の深い理由を特定します。

9. Differential Scanning Calorim-etry

プログラムされた温度制御下で、温度（または時間）の関数として物質と参照物質の間の入力電力の差を測定する方法。 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. Test probe consists of fixed on the cantilever beam and helical spring support, through the motor of the applied load, when the specimen deformation occurs, differential transformer to detect the change, and together with the data processing, such as temperature, stress and strain after the material can be obtained under the negligible load deformation relations with temperature (or time). According to the relationship between deformation and temperature (or time), the physicochemical and thermodynamic properties of materials can be studied and analyzed. TMA is widely used in PCB analysis and is mainly used in measuring the two most critical parameters of PCB: linear expansion coefficient and glass transition temperature. 膨張係数が大きすぎるPCBは、溶接および組み立て後に金属化された穴の破壊破壊につながることがよくあります。