As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB har blitt den viktigste og viktigste delen av elektroniske informasjonsprodukter, dets kvalitet og pålitelighetsnivå bestemmer kvaliteten og påliteligheten til hele utstyret. På grunn av kostnader og tekniske årsaker er det imidlertid mange feilproblemer i produksjon og bruk av PCB.

For denne typen feilproblemer, må vi bruke noen vanlige feilmetoder for å sikre kvaliteten og påliteligheten til PCB i produksjonen. Denne artikkelen oppsummerer ti feilanalyse teknikker for referanse.

Mekanisme og årsaksanalyse av PCB -svikt

1. En visuell inspeksjon

Utseendeinspeksjon er å visuelt inspisere eller bruke noen enkle instrumenter, for eksempel stereoskopisk mikroskop, metallografisk mikroskop eller til og med forstørrelsesglass, for å kontrollere utseendet på PCB og finne de mislykkede delene og relevante fysiske bevis. Hovedfunksjonen er å lokalisere feilen og på forhånd vurdere feilmodusen til PCB. Utseendeinspeksjon sjekker hovedsakelig PCB -forurensning, korrosjon, plassering av bretteksplosjon, kretsledninger og feilenes regelmessighet, om det er batch eller individuelt, om det alltid er konsentrert i et bestemt område, etc. 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. Røntgenfluoroskopi

For noen deler som ikke kan inspiseres av utseendet, så vel som innsiden av PCB-hullet og andre interne defekter, må vi bruke røntgenfluoroskopisystem for å kontrollere. Røntgenfluoroskopisystem er bruk av forskjellig materialtykkelse eller ulik materialtetthet av røntgenhygroskopisitet eller overføring av forskjellige prinsipper til bildebehandling. Denne teknologien er mer brukt til å kontrollere plasseringen av defekter i PCBA loddetinn, gjennom hull i hull og defekter i BGA- eller CSP -enheter med emballasje med høy tetthet. 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. Seksjonsanalyse

Skive -analyse er prosessen med å oppnå PCB -tverrsnittsstruktur gjennom prøvetaking, Mosaic, skive, polering, korrosjon, observasjon og en rekke metoder og trinn. 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; Samtidig er metoden for prøvekrav høy, prøveforberedelsestiden er også lang, behovet for utdannet teknisk personell å fullføre. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Skanning av akustisk mikroskop

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. På dette tidspunktet viser det skannende akustiske mikroskopet sin spesielle fordel i ikke-destruktiv deteksjon av flerlags PCB med høy tetthet. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Mikroinfrarød analyse

Mikroinfrarød analyse er å infrarød spektroskopi kombinert med mikroskopanalysemetode, den bruker forskjellig materiale (hovedsakelig organisk materiale) på prinsippet om infrarødt spektrumabsorpsjon, analyserer sammensatt sammensetning av materialene, kombinert med mikroskopet kan gjøre synlig lys og infrarødt lys med lysbanen, så lenge som under synsfeltet, kan se etter analyse av organiske sporforurensninger. I fravær av et mikroskop kan infrarød spektroskopi vanligvis bare analysere store prøver. 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. Skanning elektronmikroskopi analyse

Skanningelektronmikroskop (SEM) er et av de mest nyttige elektronmikroskopiske bildesystemene i stor skala for feilanalyse. Arbeidsprinsippet er å danne en elektronstråle med en diameter på titalls til tusenvis av angstrom (A) ved å fokusere elektronstrålen som sendes ut fra katoden akselerert av anoden. Under handling av nedbøyning av skannespolen, Elektronstrålen skanner overflaten av prøven punkt for punkt i en bestemt tid og romrekkefølge. Elektronen med højenergi bombarderer overflaten av prøven og genererer en mengde informasjon som kan samles inn og forsterkes for å få forskjellige tilsvarende grafikk på skjermen. 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 eksiterte tilbakespredte elektronene genereres i området 100 ~ 1000nm på overflaten av prøven, og de avgir forskjellige egenskaper med forskjellen i atomnummeret til stoffet. Derfor har det tilbakespredte elektronbildet morfologiske egenskaper og atomnummer diskrimineringsevne, og derfor kan det tilbakespredte elektronbildet gjenspeile fordelingen av kjemiske elementer. Det nåværende skanneelektronmikroskopet har vært veldig kraftig. Enhver fin struktur eller overflateegenskaper kan forstørres til hundretusenvis av ganger for observasjon og analyse.

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. I tillegg er dybdeskarpheten til skanningelektronmikroskopbildet mye større enn det for det optiske mikroskopet, som er en viktig metode for analyse av den metallografiske strukturen, mikroskopiske brudd og tinnhår.

7. X-ray energy spectrum analysis

Ovennevnte skanneelektronmikroskopi er vanligvis utstyrt med et røntgenenergispektrometer. 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. På samme tid kalles de tilsvarende instrumentene henholdsvis spektrumdispersjonsspektrometer (WDS for kort) og energidispersjonsspektrometer (EDS for kort) i henhold til den karakteristiske bølgelengden eller karakteristiske energien til røntgensignaldeteksjonen. Spektrometerets oppløsning er høyere enn energispektrometerets, og analysehastigheten til energispektrometeret er raskere enn energispektrometerets. På grunn av den høye hastigheten og de lave kostnadene ved energispektrometre, er den generelle SCANNING -elektronmikroskopien utstyrt med energispektrometre.

Med den forskjellige skannemodusen for elektronstråle kan energispektrometeret analysere overflatenes punkt, linje og plan, og få informasjon om forskjellig elementfordeling.Point analysis yields all elements of a point; Linjeanalyse En elementanalyse utføres på en spesifisert linje hver gang, og linjefordelingen av alle elementene oppnås ved flere skanninger. Overflateanalyse Analysen av alle elementene i en gitt overflate. Det målte elementinnholdet er gjennomsnittet av området overflademålinger.

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. Den kvantitative analysenøyaktigheten til energispektrometer er begrenset, og innholdet mindre enn 0.1% er generelt ikke lett å oppdage. Kombinasjonen av energispektrum og SEM kan få informasjon om overflatemorfologi og sammensetning samtidig, noe som er grunnen til at de er mye brukt.

8. Fotoelektronspektroskopi (XPS) analyse

Prøver ved røntgenbestråling, overflaten av atomets indre skallelektroner vil unnslippe fra bindingen av kjernen og fast overflate som dannes, måle dens kinetiske energi Ex, de indre skallelektronene i atomet kan få bindingsenergien til Eb, Eb varierte fra forskjellige elementer og forskjellige elektronskall, det er “fingeravtrykk” av atomidentifikasjonsparametrene, dannelse av spektral linje er fotoelektronspektroskopi (XPS). XPS kan brukes til kvalitativ og kvantitativ analyse av elementer på grunne overflater (flere nanometer) av prøveoverflaten. I tillegg kan informasjon om kjemiske valenstilstander av grunnstoffer hentes fra kjemiske skift av bindingsenergi. Det kan gi informasjon om bindingen mellom overflatelagets valenstilstand og de omkringliggende elementene. 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; Flerlag kan også analyseres på langs av argonionstripping (se saken nedenfor) med langt større følsomhet enn energispektrum (EDS). XPS brukes hovedsakelig i analysen av PCB -beleggskvalitetsanalyse, forurensningsanalyse og oksidasjonsgradanalyse for å fastslå den dype årsaken til dårlig sveisbarhet.

9. Differential Scanning Calorim-etry

En metode for å måle forskjellen i effektinngang mellom et stoff og et referansestoff som en funksjon av temperatur (eller tid) under programmert temperaturkontroll. 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 med for stor ekspansjonskoeffisient vil ofte føre til brudd på metalliserte hull etter sveising og montering.