As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB 전자 정보 제품의 가장 중요하고 핵심적인 부분이 되었으며 품질과 신뢰성 수준이 전체 장비의 품질과 신뢰성을 결정합니다. 그러나 비용 및 기술적인 이유로 PCB 생산 및 적용에 많은 실패 문제가 있다.

이러한 종류의 고장 문제의 경우 일반적으로 사용되는 몇 가지 고장 분석 기술을 사용하여 제조에서 PCB의 품질과 신뢰성 수준을 보장해야 합니다. 이 문서에서는 참조용으로 XNUMX가지 고장 분석 기법을 요약합니다.

PCB 고장의 메커니즘 및 원인 분석

1. 육안 검사

외관 검사는 육안으로 검사하거나 입체 현미경, 금속 현미경 또는 돋보기와 같은 간단한 도구를 사용하여 PCB의 외관을 확인하고 실패한 부품 및 관련 물리적 증거를 찾는 것입니다. 주요 기능은 장애를 찾고 PCB의 장애 모드를 사전에 판단하는 것입니다. 외관 검사는 주로 PCB 오염, 부식, 기판 폭발 위치, 회로 배선 및 고장의 규칙성, 일괄 또는 개별 여부, 항상 특정 영역에 집중되어 있는지 여부 등을 확인합니다. 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. X선 형광투시

외관상 검사할 수 없는 일부 부품과 PCB 내부 관통홀 등 내부 결함은 X선 형광투시 시스템을 이용하여 확인해야 합니다. X선 형광투시 시스템은 서로 다른 재료 두께 또는 X선 흡습성 또는 투과율이 다른 재료 밀도를 사용하여 이미징에 서로 다른 원리를 적용합니다. 이 기술은 PCBA 솔더 조인트의 결함 위치, 스루홀 결함 및 고밀도 패키징이 적용된 BGA 또는 CSP 장치의 결함을 확인하는 데 더 많이 사용됩니다. 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. 단면 분석

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; 동시에 샘플 요구 사항의 방법이 높고 샘플 준비 시간도 길며 숙련 된 기술 인력이 완료해야합니다. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. 주사음향현미경

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. 이 시점에서 주사음향현미경은 다층 고밀도 PCB의 비파괴 검출에 특별한 이점을 보여줍니다. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. 마이크로 적외선 분석

마이크로 적외선 분석은 현미경 분석 방법과 결합 된 적외선 분광법으로 적외선 스펙트럼 흡수 원리에 따라 다른 재료 (주로 유기물)를 사용하여 재료의 화합물 구성을 분석하고 현미경과 결합하여 가시 광선과 적외선을 만들 수 있습니다 가시광선 아래에 있는 한 광로로 미량 유기 오염 물질의 분석을 찾을 수 있습니다. 현미경이 없는 경우 적외선 분광법은 일반적으로 큰 샘플만 분석할 수 있습니다. 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. 주사 전자 현미경 분석

주사 전자 현미경(SEM)은 고장 분석을 위한 가장 유용한 대규모 전자 현미경 이미징 시스템 중 하나입니다. 그 작동 원리는 양극에 의해 가속된 음극에서 방출된 전자빔을 집속하여 직경이 수십에서 수천 옹스트롬(A)인 전자빔을 형성하는 것입니다. 스캐닝 코일의 편향 작용하에, 전자빔은 특정 시간과 공간 순서로 샘플의 표면을 한 점씩 스캔합니다. 고에너지 전자빔은 샘플의 표면에 충격을 가하고 다양한 정보를 생성하며 수집 및 증폭되어 디스플레이 화면에 다양한 해당 그래픽을 얻을 수 있습니다. 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. 여기된 후방산란 전자는 시료 표면에서 100~1000nm 범위에서 발생하며, 물질의 원자번호 차이에 따라 다른 특성을 방출합니다. 따라서 후방산란 전자영상은 형태적 특성과 원자번호 식별능력을 가지므로 후방산란전자영상은 화학원소의 분포를 반영할 수 있다. 현재의 주사형 전자현미경은 매우 강력하여 미세한 구조나 표면의 특징을 관찰 및 분석을 위해 수십만 배까지 확대할 수 있습니다.

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. 또한 주사형 전자현미경 이미지의 피사계심도는 광학현미경보다 훨씬 깊어 금속조직, 미세파괴, 주석위스커 분석에 중요한 방법이다.

7. X-ray energy spectrum analysis

위에서 언급한 주사 전자 현미경은 일반적으로 X선 에너지 분광기를 갖추고 있습니다. 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. 동시에 해당 장비는 X선 신호 검출의 특성 파장 또는 특성 에너지에 따라 스펙트럼 분산 분광기(줄여서 WDS) 및 에너지 분산 분광기(줄여서 EDS)라고 합니다. 분광계의 분해능은 에너지 분광계의 분해능보다 높으며 에너지 분광계의 분석 속도는 에너지 분광계의 분석 속도보다 빠릅니다. 에너지 분광기의 속도가 빠르고 비용이 저렴하기 때문에 일반적인 SCANNING 전자 현미경에는 에너지 분광기가 장착되어 있습니다.

전자빔의 다른 스캐닝 모드로 에너지 분광기는 표면의 점, 선 및 평면을 분석하고 요소의 다른 분포에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.Point analysis yields all elements of a point; 선 분석 지정된 선에 대해 매번 하나의 요소 분석을 수행하고 다중 스캐닝을 통해 모든 요소의 선 분포를 구합니다. 표면 분석 주어진 표면에 있는 모든 요소의 분석. 측정된 요소 함량은 표면 측정 범위의 평균입니다.

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. 에너지 분광기의 정량 분석 ​​정확도는 제한적이며 0.1% 미만의 함량은 일반적으로 감지하기 쉽지 않습니다. 에너지 스펙트럼과 SEM의 조합은 표면의 형태와 조성에 대한 정보를 동시에 얻을 수 있어 널리 사용되는 이유입니다.

8. 광전자 분광법(XPS) 분석

X선 조사에 의해 시료는 원자의 내부 껍질 전자의 표면이 핵과 고체 표면의 속박으로부터 탈출할 것이며, 그 운동 에너지를 측정하면 원자의 내부 껍질 전자의 결합 에너지를 얻을 수 있다 Eb, Eb는 다른 요소와 다른 전자 껍질에서 다양하며 원자 식별 매개 변수의 “지문”이며 스펙트럼 선의 형성은 광전자 분광법(XPS)입니다. XPS는 샘플 표면의 얕은 표면(수 나노미터)에 있는 원소의 정성 및 정량 분석에 사용할 수 있습니다. 또한, 원소의 화학적 원자가 상태에 대한 정보는 결합 에너지의 화학적 이동으로부터 얻을 수 있습니다. 그것은 표면층의 원자가 상태와 주변 요소 사이의 결합 정보를 제공할 수 있습니다. 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; 다층은 또한 에너지 스펙트럼(EDS)보다 훨씬 더 높은 감도로 아르곤 이온 스트리핑(아래 사례 참조)을 통해 세로 방향으로 분석할 수 있습니다. XPS는 용접 불량의 깊은 원인을 결정하기 위해 주로 PCB 코팅 품질 분석, 오염 분석 및 산화도 분석 분석에 사용됩니다.

9. Differential Scanning Calorim-etry

프로그래밍된 온도 제어 하에서 온도(또는 시간)의 함수로 물질과 기준 물질 사이의 입력 전력 차이를 측정하는 방법. 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. 팽창 계수가 너무 큰 PCB는 종종 용접 및 조립 후 금속 구멍의 파손으로 이어집니다.