As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB tapo svarbiausia ir svarbiausia elektroninės informacijos produktų dalimi, jos kokybė ir patikimumo lygis lemia visos įrangos kokybę ir patikimumą. Tačiau dėl išlaidų ir techninių priežasčių PCB gamyboje ir taikyme yra daug nesėkmių problemų.

Tokiai gedimo problemai spręsti turime naudoti kai kuriuos dažniausiai naudojamus gedimų analizės metodus, kad užtikrintume PCB kokybę ir patikimumą gamyboje. Šiame dokumente apibendrinama dešimt gedimų analizės metodų.

PCB gedimo mechanizmas ir priežastis

1. Vizuali apžiūra

Appearance inspection is to visually inspect or use some simple instruments, such as stereoscopic microscope, metallographic microscope or even magnifying glass, to check the appearance of PCB and find the failed parts and relevant physical evidence. The main function is to locate the failure and preliminarily judge the failure mode of PCB. Išvaizda tikrinama daugiausia tikrinant PCB taršą, koroziją, plokštės sprogimo vietą, grandinės laidus ir gedimo reguliarumą, jei jis yra partinis ar individualus, ar jis visada yra sutelktas tam tikroje vietoje ir pan. 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. Rentgeno fluoroskopija

Kai kurių dalių, kurių negalima patikrinti dėl išvaizdos, taip pat PCB vidinės skylės ir kitų vidinių defektų, mes turime naudoti rentgeno fluoroskopijos sistemą. Rentgeno fluoroskopijos sistema yra skirtingo storio medžiagos ar skirtingo tankio rentgeno spindulių higroskopiškumo naudojimas arba skirtingų principų pralaidumas vaizdavimui. Ši technologija labiau naudojama PCBA lydmetalio jungčių defektų vietai patikrinti, naudojant skylių defektus ir BGA arba CSP įrenginių su didelio tankio pakuotėmis defektus. 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. Skyrių analizė

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; Tuo pačiu metu imties reikalavimų metodas yra didelis, mėginio paruošimo laikas taip pat yra ilgas, reikia užbaigti apmokytą techninį personalą. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Skenuojantis akustinis mikroskopas

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. Šiuo metu skenuojantis akustinis mikroskopas parodo savo ypatingą pranašumą nesuardant daugiasluoksnio didelio tankio PCB. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Mikroinfraraudonųjų spindulių analizė

Mikro infraraudonųjų spindulių analizė yra infraraudonųjų spindulių spektroskopija kartu su mikroskopo analizės metodu, infraraudonųjų spindulių spektro absorbcijos principu naudojama skirtinga medžiaga (daugiausia organinė medžiaga), analizuojant sudėtinę medžiagų sudėtį kartu su mikroskopu galima padaryti matomą šviesą ir infraraudonąją šviesą su šviesos keliu, kol yra po regėjimo lauku, gali ieškoti organinių teršalų pėdsakų analizės. Jei nėra mikroskopo, infraraudonųjų spindulių spektroskopija paprastai gali analizuoti tik didelius mėginius. 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. Nuskaitymo elektronų mikroskopijos analizė

Skenuojantis elektroninis mikroskopas (SEM) yra viena iš naudingiausių didelio masto elektroninių mikroskopinių vaizdavimo sistemų gedimų analizei. Jo veikimo principas yra suformuoti elektronų pluoštą, kurio skersmuo yra nuo dešimčių iki tūkstančių angstromų (A), fokusuojant elektrono spindulį, skleidžiamą iš katodo, kurį pagreitina anodas. Veikiant nuskaitymo ritės deformacijai, Elektronų pluoštas nuskaito mėginio paviršių tašku po taško tam tikra laiko ir erdvės tvarka. Didelės energijos elektronų pluoštas bombarduoja mėginio paviršių ir sukuria įvairią informaciją, kurią galima surinkti ir sustiprinti, kad būtų rodoma įvairi atitinkama grafika ekrano ekrane. 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. Susijaudinę atgal išsklaidyti elektronai susidaro 100–1000 nm diapazone mėginio paviršiuje, ir jie skleidžia skirtingas charakteristikas, skiriasi nuo medžiagos atominio skaičiaus. Todėl atgal išsklaidytas elektronų vaizdas turi morfologines savybes ir gebėjimą atskirti atominius skaičius, todėl atgalinis išsklaidytas elektronų vaizdas gali atspindėti cheminių elementų pasiskirstymą. Šis skenuojantis elektroninis mikroskopas buvo labai galingas, bet kokios smulkios struktūros ar paviršiaus ypatybės gali būti padidintos iki šimtų tūkstančių kartų stebėjimui ir analizei.

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. Be to, skenuojančio elektroninio mikroskopo vaizdo lauko gylis yra daug didesnis nei optinio mikroskopo, kuris yra svarbus metalografinės struktūros, mikroskopinio lūžio ir alavo ūsų analizės metodas.

7. X-ray energy spectrum analysis

Pirmiau minėta skenuojanti elektroninė mikroskopija paprastai yra su rentgeno energijos spektrometru. 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. Tuo pačiu metu atitinkami prietaisai atitinkamai vadinami spektro dispersijos spektrometru (trumpai WDS) ir energijos dispersijos spektrometru (trumpai EDS) pagal būdingą bangos ilgį arba būdingą rentgeno signalo aptikimo energiją. Spektrometro skiriamoji geba yra didesnė nei energijos spektrometro, o energijos spektrometro analizės greitis yra greitesnis nei energijos spektrometro. Dėl didelio energijos spektrometrų greičio ir mažos kainos, bendrojoje SCANNING elektroninėje mikroskopijoje yra energijos spektrometrai.

With the different scanning mode of electron beam, the energy spectrometer can analyze the point, line and plane of the surface, and obtain the information of different distribution of elements.Point analysis yields all elements of a point; Line analysis One element analysis is performed on a specified line each time, and the line distribution of all elements is obtained by multiple scanning. Paviršiaus analizė Visų tam tikro paviršiaus elementų analizė. Išmatuotas elementų kiekis yra paviršiaus matavimų diapazono vidurkis.

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. Energijos spektrometro kiekybinės analizės tikslumas yra ribotas, o mažesnį nei 0.1% turinį paprastai nėra lengva aptikti. Energijos spektro ir SEM derinys gali gauti informaciją apie paviršiaus morfologiją ir sudėtį vienu metu, todėl jie plačiai naudojami.

8. Fotoelektroninės spektroskopijos (XPS) analizė

Mėginiai, apšvitinti rentgeno spinduliais, atomo vidinio apvalkalo elektronų paviršius išeis iš branduolio veržlumo ir susidarys kietas paviršius, matuojant jo kinetinę energiją Ex, atomo vidinio apvalkalo elektronus galima gauti Eb, Eb skyrėsi nuo skirtingų elementų ir skirtingų elektronų apvalkalų, tai yra atomo identifikavimo parametrų „pirštų atspaudai“, spektrinės linijos formavimasis yra fotoelektroninė spektroskopija (XPS). XPS gali būti naudojama kokybinei ir kiekybinei elementų analizei sekliame paviršiaus (kelių nanometrų) mėginio paviršiuje. Be to, informaciją apie elementų chemines valentines būsenas galima gauti iš cheminių rišamosios energijos poslinkių. Tai gali suteikti informaciją apie ryšį tarp paviršiaus sluoksnio valentinės būsenos ir aplinkinių elementų. 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; Multilayers can also be analyzed longitudinally by argon ion stripping (see the case below) with far greater sensitivity than energy spectrum (EDS). XPS daugiausia naudojamas analizuojant PCB dangos kokybės analizę, taršos analizę ir oksidacijos laipsnio analizę, siekiant nustatyti gilią prasto suvirinamumo priežastį.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Medžiagos ir etaloninės medžiagos įvestos galios skirtumo matavimo metodas pagal temperatūros (arba laiko) funkciją, kai programuojama temperatūra. 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. PCB with too large expansion coefficient will often lead to fracture failure of metallized holes after welding and assembly.