As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB het belangrijkste en belangrijkste onderdeel van elektronische informatieproducten is geworden, bepaalt het kwaliteit- en betrouwbaarheidsniveau de kwaliteit en betrouwbaarheid van de hele apparatuur. Vanwege kosten en technische redenen zijn er echter veel faalproblemen bij de productie en toepassing van PCB’s.

Voor dit soort storingsproblemen moeten we enkele veelgebruikte technieken voor storingsanalyse gebruiken om de kwaliteit en het betrouwbaarheidsniveau van PCB’s in de productie te waarborgen. Dit artikel vat tien faalanalysetechnieken ter referentie samen.

Mechanisme en oorzaakanalyse van PCB-storing

1. Een visuele inspectie

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. Uiterlijk inspectie controleert voornamelijk PCB-vervuiling, corrosie, de locatie van de explosie van het bord, circuitbedrading en de regelmaat van falen, of het nu batch of individueel is, of het altijd geconcentreerd is in een bepaald gebied, enz. 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. Röntgenfluoroscopie

Voor sommige onderdelen die niet kunnen worden geïnspecteerd door het uiterlijk, evenals de binnenkant van de PCB door het gat en andere interne defecten, moeten we een röntgenfluoroscopiesysteem gebruiken om te controleren. Röntgenfluoroscopiesysteem is het gebruik van verschillende materiaaldikte of verschillende materiaaldichtheid van röntgenhygroscopiciteit of transmissie van verschillende principes voor beeldvorming. Deze technologie wordt meer gebruikt om de locatie van defecten in PCBA-soldeerverbindingen, doorgaande gaten en defecten in BGA- of CSP-apparaten met verpakkingen met een hoge dichtheid te controleren. 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. Section analysis

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; Tegelijkertijd zijn de vereisten voor de monstername hoog, de voorbereidingstijd van het monster is ook lang, de noodzaak van opgeleid technisch personeel om te voltooien. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Akoestische microscoop scannen

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. At this point, the scanning acoustic microscope shows its special advantage in nondestructive detection of multi-layer high-density PCB. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Micro-infraroodanalyse

Micro-infraroodanalyse is infraroodspectroscopie gecombineerd met microscoopanalysemethode, het gebruikt ander materiaal (voornamelijk organisch materiaal) volgens het principe van de infraroodspectrumabsorptie, analyse van de samengestelde samenstelling van de materialen, in combinatie met de microscoop kan zichtbaar licht en infraroodlicht maken met het lichtpad, zolang als onder het gezichtsveld, kan zoeken naar analyse van sporen van organische verontreinigende stoffen. In the absence of a microscope, infrared spectroscopy can usually analyze only large samples. 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. Scanning elektronenmicroscopie analyse

Scanning-elektronenmicroscoop (SEM) is een van de meest bruikbare grootschalige elektronenmicroscopische beeldvormingssystemen voor storingsanalyse. Het werkingsprincipe is het vormen van een elektronenbundel met een diameter van tien tot duizenden angstrom (A) door de elektronenbundel die wordt uitgezonden door de kathode, versneld door de anode, te focusseren. Onder de actie van afbuiging van de aftastspoel, De elektronenbundel scant het oppervlak van het monster punt voor punt in een bepaalde tijd- en ruimtevolgorde. De hoogenergetische elektronenstraal bombardeert het oppervlak van het monster en genereert een verscheidenheid aan informatie, die kan worden verzameld en versterkt om verschillende overeenkomstige afbeeldingen op het scherm te krijgen. 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. De geëxciteerde terugverstrooide elektronen worden gegenereerd in het bereik van 100 ~ 1000 nm op het oppervlak van het monster en ze zenden verschillende kenmerken uit met het verschil in atoomnummer van de stof. Daarom heeft het terugverstrooide elektronenbeeld morfologische kenmerken en atoomnummerdiscriminatievermogen, en daarom kan het terugverstrooide elektronenbeeld de verdeling van chemische elementen weerspiegelen. The present scanning electron microscope has been very powerful, any fine structure or surface features can be magnified to hundreds of thousands of times for observation and analysis.

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. In addition, the depth of field of the scanning electron microscope image is much larger than that of the optical microscope, which is an important method for the analysis of the metallographic structure, microscopic fracture and tin whiskers.

7. X-ray energy spectrum analysis

De bovengenoemde scanning-elektronenmicroscopie is meestal uitgerust met een röntgenenergiespectrometer. 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. Tegelijkertijd worden de overeenkomstige instrumenten respectievelijk spectrumdispersiespectrometer (kortweg WDS) en energiedispersiespectrometer (kortweg EDS) genoemd, afhankelijk van de karakteristieke golflengte of karakteristieke energie van de röntgensignaaldetectie. De resolutie van de spectrometer is hoger dan die van de energiespectrometer en de analysesnelheid van de energiespectrometer is sneller dan die van de energiespectrometer. Vanwege de hoge snelheid en lage kosten van energiespectrometers, is de algemene SCANNING-elektronenmicroscopie uitgerust met energiespectrometers.

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. Oppervlakteanalyse De analyse van alle elementen in een bepaald oppervlak. Het gemeten elementgehalte is het gemiddelde van het bereik van oppervlaktemetingen.

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. De kwantitatieve analysenauwkeurigheid van de energiespectrometer is beperkt en de inhoud van minder dan 0.1% is over het algemeen niet gemakkelijk te detecteren. De combinatie van energiespectrum en SEM kan tegelijkertijd de informatie over oppervlaktemorfologie en samenstelling verkrijgen, wat de reden is waarom ze veel worden gebruikt.

8. Foto-elektronenspectroscopie (XPS) analyse

Samples by X ray irradiation, the surface of the inner shell electrons of the atom will escape from the bondage of the nucleus and solid surface forming, measuring its kinetic energy the Ex, the inner shell electrons of the atom can be obtained the binding energy of Eb, Eb varied from different elements and different electron shell, it is the “fingerprints” of the atom identification parameters, formation of spectral line is the photoelectron spectroscopy (XPS). XPS kan worden gebruikt voor kwalitatieve en kwantitatieve analyse van elementen op een ondiep oppervlak (enkele nanometers) van het monsteroppervlak. In addition, information about chemical valence states of elements can be obtained from chemical shifts of binding energy. It can give the information of the bond between the valence state of the surface layer and the surrounding elements. 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 is mainly used in the analysis of PCB coating quality analysis, pollution analysis and oxidation degree analysis, in order to determine the deep reason of poor weldability.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Een methode voor het meten van het verschil in opgenomen vermogen tussen een stof en een referentiestof als functie van de temperatuur (of tijd) onder geprogrammeerde temperatuurregeling. 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.