As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB sar l-iktar parti importanti u ewlenija tal-prodotti ta ’informazzjoni elettronika, il-livell ta’ kwalità u affidabilità tiegħu jiddetermina l-kwalità u l-affidabbiltà tat-tagħmir kollu. Madankollu, minħabba raġunijiet ta ‘spejjeż u tekniċi, hemm ħafna problemi ta’ falliment fil-produzzjoni u l-applikazzjoni tal-PCB.

Għal dan it-tip ta ‘problema ta’ falliment, għandna bżonn nużaw xi tekniki ta ‘analiżi ta’ falliment użati b’mod komuni biex niżguraw il-kwalità u l-livell ta ‘affidabilità tal-PCB fil-manifattura. Dan id-dokument jiġbor fil-qosor għaxar tekniki ta ‘analiżi tal-fallimenti bħala referenza.

Mekkaniżmu u analiżi tal-kawża tal-falliment tal-PCB

1. Spezzjoni viżwali

L-ispezzjoni tad-dehra hija li tispezzjona viżwalment jew tuża xi strumenti sempliċi, bħal mikroskopju sterjoskopiku, mikroskopju metallografiku jew saħansitra lenti, biex tivverifika d-dehra tal-PCB u ssib il-partijiet falluti u l-evidenza fiżika rilevanti. Il-funzjoni ewlenija hija li ssib il-falliment u tiġġudika preliminarjament il-mod ta ‘falliment tal-PCB. L-ispezzjoni tad-dehra tikkontrolla prinċipalment it-tniġġis tal-PCB, il-korrużjoni, il-post tal-isplużjoni tal-bord, il-wajers taċ-ċirkwit u r-regolarità tal-falliment, jekk hux lott jew individwali, kemm jekk huwa dejjem ikkonċentrat f’ċerta żona, eċċ. 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. Fluwoskopija bir-raġġi-X

Għal xi partijiet li ma jistgħux jiġu spezzjonati mid-dehra, kif ukoll minn ġewwa tal-PCB minn toqba u difetti interni oħra, irridu nużaw sistema ta ‘fluwoskopija tar-raġġi X biex niċċekkjaw. Sistema ta ‘fluwoskopija tar-raġġi-X hija l-użu ta’ ħxuna ta ‘materjal differenti jew densità ta’ materjal differenti ta ‘igroskopiċità tar-raġġi-X jew trasmittanza ta’ prinċipji differenti għall-immaġini. Din it-teknoloġija tintuża aktar biex tivverifika l-post tad-difetti fil-ġonot tal-istann tal-PCBA, permezz ta ‘difetti fit-toqob u difetti f’apparati BGA jew CSP b’imballaġġ ta’ densità għolja. 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. Analiżi tas-sezzjoni

L-analiżi tal-porzjon huwa l-proċess li tinkiseb struttura tas-sezzjoni trasversali tal-PCB permezz ta ‘teħid ta’ kampjuni, Mużajk, porzjon, illustrar, korrużjoni, osservazzjoni u serje ta ‘metodi u passi. 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; Fl-istess ħin, il-metodu tar-rekwiżiti tal-kampjun huwa għoli, il-ħin tal-preparazzjoni tal-kampjun huwa wkoll twil, il-ħtieġa għal persunal tekniku mħarreġ biex titlesta. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Mikroskopju akustiku ta ‘skannjar

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. F’dan il-punt, il-mikroskopju akustiku ta ‘skannjar juri l-vantaġġ speċjali tiegħu fl-iskoperta mhux distruttiva ta’ PCB b’ħafna saffi ta ‘densità għolja. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Analiżi mikro-infrared

Analiżi mikro-infra-aħmar hija għal spettroskopija infra-aħmar flimkien ma ‘metodu ta’ analiżi tal-mikroskopju, tuża materjal differenti (prinċipalment materja organika) fuq il-prinċipju ta ‘l-assorbiment ta’ l-ispettru infra-aħmar, tanalizza l-kompożizzjoni komposta tal-materjali, flimkien mal-mikroskopju jistgħu jagħmlu dawl viżibbli u dawl infra-aħmar. bit-triq tad-dawl, sakemm taħt il-kamp viżiv, tista ‘tfittex analiżi ta’ traċċi ta ‘kontaminanti organiċi. Fin-nuqqas ta ‘mikroskopju, l-ispektroskopija infra-aħmar normalment tista’ tanalizza kampjuni kbar biss. 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. Analiżi tal-iskannjar tal-mikroskopija elettronika

L-iskannjar tal-mikroskopju elettroniku (SEM) huwa wieħed mill-aktar sistemi ta ‘immaġini mikroskopiċi elettroniċi fuq skala kbira għall-analiżi tal-fallimenti. Il-prinċipju tax-xogħol tiegħu huwa li jifforma raġġ ta ‘elettroni b’dijametru ta’ għexieren sa eluf ta ‘angstroms (A) billi jiffoka r-raġġ ta’ elettroni emess mill-katodu aċċellerat mill-anodu. Taħt l-azzjoni tad-deflessjoni tal-coil tal-iskannjar, Ir-raġġ tal-elettroni jiskennja l-wiċċ tal-kampjun punt b’punt f’ċertu ordni ta ‘ħin u spazju. Ir-raġġ ta ‘elettroni ta’ enerġija għolja jibbumbardja l-wiċċ tal-kampjun u jiġġenera varjetà ta ‘informazzjoni, li tista’ tinġabar u tiġi amplifikata biex tikseb diversi grafiċi korrispondenti fuq l-iskrin tal-wiri. 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. L-elettroni mxerrda b’lura eċċitati huma ġġenerati fil-medda ta ‘100 ~ 1000nm fuq il-wiċċ tal-kampjun, u jarmu karatteristiċi differenti bid-differenza tan-numru atomiku tas-sustanza. Għalhekk, l-immaġni tal-elettroni mxerrda b’lura għandha karatteristiċi morfoloġiċi u kapaċità ta ‘diskriminazzjoni tan-numru atomiku, u għalhekk, l-immaġni tal-elettroni mxerrda b’lura tista’ tirrifletti d-distribuzzjoni ta ‘elementi kimiċi. Il-mikroskopju elettroniku tal-iskannjar preżenti kien qawwi ħafna, kwalunkwe struttura fina jew karatteristiċi tal-wiċċ jistgħu jiġu mkabbra għal mijiet ta ‘eluf ta’ drabi għall-osservazzjoni u l-analiżi.

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. Barra minn hekk, il-fond tal-kamp tal-immaġni tal-mikroskopju elettroniku tal-iskannjar huwa ħafna akbar minn dak tal-mikroskopju ottiku, li huwa metodu importanti għall-analiżi tal-istruttura metallografika, ksur mikroskopiku u whiskers tal-landa.

7. X-ray energy spectrum analysis

Il-mikroskopija elettronika tal-iskannjar imsemmija hawn fuq ġeneralment tkun mgħammra bi spettrometru tal-enerġija tar-raġġi-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. Fl-istess ħin, l-istrumenti korrispondenti huma rispettivament imsejħa spettrometru ta ‘dispersjoni ta’ l-ispettru (WDS għal qasir) u spettrometru ta ‘dispersjoni ta’ enerġija (EDS għal qasir) skond il-wavelength karatteristika jew l-enerġija karatteristika tas-sejbien tas-sinjal tar-raġġi-X. Ir-riżoluzzjoni tal-ispettrometru hija ogħla minn dik tal-ispettrometru tal-enerġija, u l-veloċità tal-analiżi tal-ispettrometru tal-enerġija hija aktar mgħaġġla minn dik tal-ispettrometru tal-enerġija. Minħabba l-veloċità għolja u l-ispiża baxxa tal-ispettrometri tal-enerġija, il-mikroskopija elettronika ġenerali tal-ISKANNAR hija mgħammra bi spettrometri tal-enerġija.

Bil-mod ta ‘skannjar differenti tar-raġġ tal-elettroni, l-ispettrometru tal-enerġija jista’ janalizza l-punt, il-linja u l-pjan tal-wiċċ, u jikseb l-informazzjoni ta ‘distribuzzjoni differenti ta’ elementi.Point analysis yields all elements of a point; Analiżi tal-linja Analiżi ta ‘element wieħed issir fuq linja speċifikata kull darba, u d-distribuzzjoni tal-linja tal-elementi kollha tinkiseb permezz ta’ skannjar multiplu. Analiżi tal-wiċċ L-analiżi tal-elementi kollha f’wiċċ partikolari. Il-kontenut tal-element imkejjel huwa l-medja tal-firxa tal-kejl tal-wiċċ.

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. L-eżattezza tal-analiżi kwantitattiva tal-ispettrometru tal-enerġija hija limitata, u l-kontenut inqas minn 0.1% ġeneralment mhuwiex faċli biex jinstab. Il-kombinazzjoni tal-ispettru tal-enerġija u SEM tista ‘tikseb l-informazzjoni tal-morfoloġija u l-kompożizzjoni tal-wiċċ simultanjament, li hija r-raġuni għaliex jintużaw ħafna.

8. Analiżi ta ‘spettroskopija fotoelettronika (XPS)

Kampjuni bl-irradjazzjoni tar-raġġi X, il-wiċċ ta ‘l-elettroni tal-qoxra ta’ ġewwa ta ‘l-atomu joħroġ mill-jasar tan-nukleu u li jifforma wiċċ solidu, billi jkejjel l-enerġija kinetika tiegħu l-Ex, l-elettroni ta’ qoxra ta ‘ġewwa ta’ l-atomu jistgħu jinkisbu l-enerġija li torbot ta ‘ Eb, Eb varjat minn elementi differenti u qoxra ta ‘elettroni differenti, huma l- “marki tas-swaba” tal-parametri ta’ identifikazzjoni tal-atomu, il-formazzjoni tal-linja spettrali hija l-ispettroskopija fotoelettronika (XPS). XPS jista ‘jintuża għal analiżi kwalitattiva u kwantitattiva ta’ elementi fuq wiċċ baxx (diversi nanometri) tal-wiċċ tal-kampjun. Barra minn hekk, informazzjoni dwar stati ta ‘valenza kimika ta’ elementi tista ‘tinkiseb minn ċaqliq kimiku ta’ enerġija li torbot. Jista ‘jagħti l-informazzjoni tar-rabta bejn l-istat tal-valenza tas-saff tal-wiċċ u l-elementi tal-madwar. 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 jistgħu wkoll jiġu analizzati b’mod lonġitudinali permezz ta ‘strixxi tal-joni argon (ara l-każ hawn taħt) b’sensittività ferm akbar mill-ispettru tal-enerġija (EDS). XPS jintuża prinċipalment fl-analiżi tal-analiżi tal-kwalità tal-kisi tal-PCB, analiżi tat-tniġġis u analiżi tal-grad ta ‘ossidazzjoni, sabiex tiġi ddeterminata r-raġuni profonda ta’ weldjabilità ħażina.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Metodu ta ‘kejl tad-differenza fl-input ta’ enerġija bejn sustanza u sustanza ta ‘referenza bħala funzjoni tat-temperatura (jew tal-ħin) taħt kontroll tat-temperatura programmat. 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. Is-sonda tat-test tikkonsisti fissa fuq ir-raġġ cantilever u l-appoġġ tar-rebbiegħa helikali, permezz tal-mutur tat-tagħbija applikata, meta sseħħ id-deformazzjoni tal-kampjun, transformer differenzjali biex tiskopri l-bidla, u flimkien mal-ipproċessar tad-dejta, bħal temperatura, tensjoni u tensjoni wara il-materjal jista ‘jinkiseb taħt ir-relazzjonijiet negliġibbli ta’ deformazzjoni tat-tagħbija bit-temperatura (jew il-ħin). Skond ir-relazzjoni bejn id-deformazzjoni u t-temperatura (jew il-ħin), il-proprjetajiet fiżikokimiċi u termodinamiċi tal-materjali jistgħu jiġu studjati u analizzati. It-TMA tintuża ħafna fl-analiżi tal-PCB u tintuża prinċipalment fil-kejl taż-żewġ parametri l-aktar kritiċi tal-PCB: koeffiċjent ta ‘espansjoni lineari u temperatura ta’ transizzjoni tal-ħġieġ. PCB b’koeffiċjent ta ‘espansjoni kbir wisq ta’ spiss iwassal għal falliment ta ‘ksur ta’ toqob metallizzati wara l-iwweldjar u l-immuntar.