Sebagai pembawa pelbagai komponen dan pusat penghantaran isyarat litar, BPA telah menjadi bahagian terpenting dan penting dalam produk maklumat elektronik, tahap kualiti dan kebolehpercayaannya menentukan kualiti dan kebolehpercayaan keseluruhan peralatan. Walau bagaimanapun, kerana kos dan alasan teknikal, terdapat banyak masalah kegagalan dalam pengeluaran dan aplikasi PCB.

Untuk masalah kegagalan seperti ini, kita perlu menggunakan beberapa teknik analisis kegagalan yang biasa digunakan untuk memastikan tahap kualiti dan kebolehpercayaan PCB dalam pembuatan. Makalah ini merangkum sepuluh teknik analisis kegagalan untuk rujukan.

Mekanisme dan analisis penyebab kegagalan PCB

1. Pemeriksaan visual

Pemeriksaan penampilan adalah untuk memeriksa secara visual atau menggunakan beberapa instrumen sederhana, seperti mikroskop stereoskopik, mikroskop metalografi atau bahkan kaca pembesar, untuk memeriksa penampilan PCB dan mencari bahagian yang gagal dan bukti fizikal yang relevan. Fungsi utama adalah untuk mencari kegagalan dan secara awal menilai mod kegagalan PCB. Pemeriksaan penampilan terutamanya memeriksa pencemaran PCB, kakisan, lokasi letupan papan, pendawaian litar dan keteraturan kegagalan, jika itu adalah kumpulan atau individu, sama ada selalu tertumpu di kawasan tertentu, dll. 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. Fluoroskopi sinar-X

Untuk beberapa bahagian yang tidak dapat diperiksa oleh penampilan, serta bahagian dalam PCB melalui lubang dan kerosakan dalaman yang lain, kita harus menggunakan sistem fluoroskopi sinar-X untuk memeriksa. Sistem fluoroskopi sinar-X adalah penggunaan ketebalan bahan yang berbeza atau ketumpatan bahan yang berbeza dari hygroscopicity sinar-X atau transmisi prinsip yang berbeza untuk pencitraan. Teknologi ini lebih banyak digunakan untuk memeriksa lokasi kecacatan pada sendi pateri PCBA, melalui kecacatan lubang dan kecacatan pada peranti BGA atau CSP dengan kemasan berkepadatan tinggi. 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. Analisis bahagian

Analisis slice adalah proses mendapatkan struktur keratan rentas PCB melalui pengambilan sampel, Mosaic, slice, polishing, korosi, pemerhatian dan serangkaian kaedah dan langkah. 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; Pada masa yang sama, kaedah keperluan sampel tinggi, masa penyediaan sampel juga panjang, keperluan untuk kakitangan teknikal terlatih untuk menyelesaikannya. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Mengimbas mikroskop akustik

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. Pada ketika ini, mikroskop akustik pengimbasan menunjukkan kelebihan khasnya dalam pengesanan PCB berkepadatan tinggi pelbagai lapisan yang tidak merosakkan. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Analisis mikroinfrared

Analisis inframerah mikro adalah dengan spektroskopi inframerah yang digabungkan dengan kaedah analisis mikroskop, ia menggunakan bahan yang berlainan (terutamanya bahan organik) pada prinsip penyerapan spektrum inframerah, menganalisis komposisi sebatian bahan, ditambah dengan mikroskop dapat membuat cahaya tampak dan cahaya inframerah dengan jalur cahaya, selama berada di bawah bidang visual, dapat mencari analisis pencemaran organik surih. Sekiranya tidak ada mikroskop, spektroskopi inframerah biasanya dapat menganalisis hanya sampel yang besar. 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. Analisis mikroskopi elektron imbasan

Mikroskop elektron pengimbasan (SEM) adalah salah satu sistem pencitraan mikroskopik elektron berskala besar yang paling berguna untuk analisis kegagalan. Prinsip kerjanya adalah membentuk sinar elektron dengan diameter puluhan hingga ribuan angstrom (A) dengan memfokuskan sinar elektron yang dipancarkan dari katod yang dipercepat oleh anod. Di bawah tindakan pesongan gegelung pengimbasan, Rasuk elektron mengimbas permukaan titik sampel demi titik dalam susunan masa dan ruang tertentu. Rasuk elektron bertenaga tinggi mengebom permukaan sampel dan menghasilkan pelbagai maklumat, yang dapat dikumpulkan dan diperkuat untuk mendapatkan pelbagai grafik yang sesuai di layar paparan. 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. Elektron backscatter teruja dihasilkan dalam lingkungan 100 ~ 1000nm di permukaan sampel, dan mereka memancarkan ciri yang berbeza dengan perbezaan bilangan atom bahan. Oleh itu, imej elektron backscatter mempunyai ciri morfologi dan keupayaan diskriminasi nombor atom, dan oleh itu, imej elektron backscatter dapat mencerminkan penyebaran unsur kimia. Mikroskop elektron imbasan yang ada pada masa ini sangat kuat, struktur atau ciri permukaan yang halus dapat diperbesar hingga ratusan ribu kali untuk pemerhatian dan analisis.

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. Selain itu, kedalaman medan imbasan mikroskop elektron jauh lebih besar daripada mikroskop optik, yang merupakan kaedah penting untuk analisis struktur metalografi, patah mikroskopik dan misai timah.

7. X-ray energy spectrum analysis

Mikroskopi elektron imbasan yang disebutkan di atas biasanya dilengkapi dengan spektrometer tenaga sinar-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. Pada masa yang sama, instrumen yang sesuai masing-masing disebut spektrometer penyebaran spektrum (WDS untuk pendek) dan spektrometer penyebaran tenaga (EDS untuk pendek) mengikut panjang gelombang ciri atau tenaga ciri pengesanan isyarat sinar-X. Resolusi spektrometer lebih tinggi daripada spektrometer tenaga, dan kelajuan analisis spektrometer tenaga lebih cepat daripada spektrometer tenaga. Kerana spektrometer tenaga berkelajuan tinggi dan rendah, mikroskopi elektron am SCANNING dilengkapi dengan spektrometer tenaga.

Dengan mod pengimbasan pancaran elektron yang berbeza, spektrometer tenaga dapat menganalisis titik, garis dan satah permukaan, dan mendapatkan maklumat mengenai pengedaran unsur yang berbeza.Point analysis yields all elements of a point; Analisis garis Analisis elemen dilakukan pada baris yang ditentukan setiap kali, dan pembahagian garis semua elemen diperoleh dengan imbasan berganda. Analisis permukaan Analisis semua elemen dalam permukaan tertentu. Kandungan elemen yang diukur adalah purata julat ukuran permukaan.

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. Ketepatan analisis kuantitatif spektrometer tenaga adalah terhad, dan kandungan kurang dari 0.1% umumnya tidak mudah dikesan. Gabungan spektrum tenaga dan SEM dapat memperoleh maklumat tentang morfologi dan komposisi permukaan secara serentak, itulah sebab mengapa ia digunakan secara meluas.

8. Analisis spektroskopi Photoelectron (XPS)

Sampel dengan penyinaran sinar-X, permukaan elektron shell dalaman atom akan terlepas dari ikatan inti dan permukaan pepejal yang membentuk, mengukur tenaga kinetiknya Ex, elektron shell dalaman atom dapat memperoleh tenaga pengikat Eb, Eb bervariasi dari elemen yang berlainan dan shell elektron yang berbeza, itu adalah “cap jari” dari parameter pengenalan atom, pembentukan garis spektrum adalah spektroskopi fotoelektron (XPS). XPS boleh digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif elemen pada permukaan cetek (beberapa nanometer) permukaan sampel. Di samping itu, maklumat mengenai keadaan unsur valensi kimia dapat diperoleh daripada pergeseran kimia tenaga pengikat. Ia dapat memberikan maklumat ikatan antara keadaan valensi lapisan permukaan dan unsur-unsur di sekitarnya. 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; Multilayer juga boleh dianalisis secara membujur dengan pelucutan ion argon (lihat kes di bawah) dengan kepekaan yang jauh lebih besar daripada spektrum tenaga (EDS). XPS digunakan terutamanya dalam analisis analisis kualiti pelapisan PCB, analisis pencemaran dan analisis tahap pengoksidaan, untuk menentukan alasan mendalam mengenai kebolehkimpalan yang buruk.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Kaedah mengukur perbezaan input daya antara bahan dan bahan rujukan sebagai fungsi suhu (atau masa) di bawah kawalan suhu yang diprogramkan. 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. Probe ujian terdiri daripada terpasang pada rasuk kantilever dan sokongan pegas heliks, melalui motor beban yang dikenakan, ketika ubah bentuk spesimen berlaku, transformer pembezaan untuk mengesan perubahan, dan bersama dengan pemprosesan data, seperti suhu, tekanan dan ketegangan setelah bahan itu boleh didapati di bawah hubungan ubah bentuk beban yang boleh diabaikan dengan suhu (atau masa). Menurut hubungan antara ubah bentuk dan suhu (atau masa), sifat fizikokimia dan termodinamik bahan dapat dikaji dan dianalisis. TMA banyak digunakan dalam analisis PCB dan terutama digunakan dalam mengukur dua parameter PCB yang paling kritikal: pekali pengembangan linear dan suhu peralihan kaca. PCB dengan pekali pengembangan yang terlalu besar selalunya akan menyebabkan kegagalan patah lubang logam setelah kimpalan dan pemasangan.