As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB stał się najważniejszą i kluczową częścią elektronicznych produktów informacyjnych, jego jakość i poziom niezawodności decyduje o jakości i niezawodności całego sprzętu. Jednak ze względu na koszty i względy techniczne istnieje wiele problemów z awariami w produkcji i aplikacji PCB.

W przypadku tego rodzaju problemu z awariami musimy zastosować niektóre powszechnie stosowane techniki analizy awarii, aby zapewnić jakość i poziom niezawodności PCB w produkcji. W niniejszym artykule podsumowano dziesięć technik analizy awarii w celach informacyjnych.

Analiza mechanizmu i przyczyny awarii PCB

1. Kontrola wzrokowa

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. Kontrola wyglądu sprawdza głównie zanieczyszczenie PCB, korozję, miejsce eksplozji płyty, okablowanie obwodów i regularność awarii, czy jest to partia czy pojedyncza, czy zawsze jest skoncentrowana w określonym obszarze itp. 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. Fluoroskopia rentgenowska

W przypadku niektórych części, których nie można skontrolować pod względem wyglądu, a także wnętrza PCB przez otwór i inne wady wewnętrzne, do sprawdzenia musimy użyć systemu fluoroskopii rentgenowskiej. System fluoroskopii rentgenowskiej polega na zastosowaniu różnej grubości materiału lub różnej gęstości materiału o higroskopijności rentgenowskiej lub przepuszczalności różnych zasad do obrazowania. Technologia ta jest częściej wykorzystywana do sprawdzania lokalizacji defektów połączeń lutowanych PCBA, defektów przelotowych oraz defektów w urządzeniach BGA lub CSP o wysokiej gęstości upakowania. 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. Analiza przekroju

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; Jednocześnie metoda wymagań dotyczących próbek jest wysoka, czas przygotowania próbki jest również długi, a ukończenie wymaga przeszkolonego personelu technicznego. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Skaningowy mikroskop akustyczny

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. W tym momencie skaningowy mikroskop akustyczny pokazuje swoją szczególną przewagę w nieniszczącym wykrywaniu wielowarstwowych płytek PCB o dużej gęstości. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Analiza w mikro podczerwieni

Analiza mikro podczerwieni polega na spektroskopii w podczerwieni połączonej z metodą analizy mikroskopowej, wykorzystuje inny materiał (głównie materię organiczną) na zasadzie absorpcji widma w podczerwieni, analizując złożony skład materiałów, w połączeniu z mikroskopem może wytwarzać światło widzialne i światło podczerwone ze ścieżką światła, tak długo, jak pod polem widzenia, może szukać analizy śladowych zanieczyszczeń organicznych. W przypadku braku mikroskopu spektroskopia w podczerwieni może zwykle analizować tylko duże próbki. 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. Analiza skaningowej mikroskopii elektronowej

Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) jest jednym z najbardziej przydatnych wielkoskalowych systemów obrazowania pod mikroskopem elektronowym do analizy awarii. Jego zasadą działania jest formowanie wiązki elektronów o średnicy dziesiątek do tysięcy angstremów (A) poprzez skupienie wiązki elektronów emitowanej z katody przyspieszanej przez anodę. Pod działaniem ugięcia cewki skanującej, Wiązka elektronów skanuje powierzchnię próbki punkt po punkcie w określonym porządku czasowym i przestrzennym. Wiązka elektronów o wysokiej energii bombarduje powierzchnię próbki i generuje różnorodne informacje, które można zbierać i wzmacniać w celu uzyskania odpowiedniej grafiki na ekranie wyświetlacza. 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. Wzbudzone elektrony wstecznie rozproszone są generowane w zakresie 100 ~ 1000 nm na powierzchni próbki i emitują różne charakterystyki z różnicą liczby atomowej substancji. Dlatego obraz elektronów wstecznie rozproszonych ma cechy morfologiczne i zdolność rozróżniania liczby atomowej, a zatem obraz elektronów wstecznie rozproszonych może odzwierciedlać rozkład pierwiastków chemicznych. Obecny skaningowy mikroskop elektronowy jest bardzo potężny, każda drobna struktura lub cechy powierzchni mogą być powiększane setki tysięcy razy w celu obserwacji i analizy.

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. Ponadto głębia ostrości obrazu skaningowego mikroskopu elektronowego jest znacznie większa niż mikroskopu optycznego, co jest ważną metodą analizy struktury metalograficznej, mikroskopowego pęknięcia i wiskerów cynowych.

7. X-ray energy spectrum analysis

Wspomniana powyżej elektronowa mikroskopia skaningowa jest zwykle wyposażona w spektrometr energii rentgenowskiej. 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. Jednocześnie odpowiednie instrumenty są odpowiednio nazywane spektrometrem dyspersji widma (w skrócie WDS) i spektrometrem dyspersji energii (w skrócie EDS) zgodnie z charakterystyczną długością fali lub charakterystyczną energią wykrywania sygnału rentgenowskiego. Rozdzielczość spektrometru jest wyższa niż rozdzielczość spektrometru energii, a szybkość analizy spektrometru energii jest większa niż spektrometru energii. Ze względu na dużą szybkość i niski koszt spektrometrów energii, ogólna mikroskopia elektronowa SKANOWANIE jest wyposażona w spektrometry energii.

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; Analiza liniowa Za każdym razem przeprowadzana jest analiza jednego elementu na określonej linii, a rozkład linii wszystkich elementów uzyskuje się poprzez wielokrotne skanowanie. Analiza powierzchni Analiza wszystkich elementów na danej powierzchni. Zawartość mierzonego pierwiastka jest średnią z zakresu pomiarów powierzchni.

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. Dokładność analizy ilościowej spektrometru energii jest ograniczona, a zawartość mniejsza niż 0.1% na ogół nie jest łatwa do wykrycia. Połączenie widma energetycznego i SEM umożliwia jednoczesne uzyskanie informacji o morfologii powierzchni i składzie, dlatego są one szeroko stosowane.

8. Analiza spektroskopii fotoelektronów (XPS)

Próbki za pomocą promieniowania rentgenowskiego, powierzchnia wewnętrznej powłoki elektronów atomu ucieknie z wiązania jądra i stałej powierzchni tworzącej, mierząc jej energię kinetyczną Ex, wewnętrzną powłokę elektronów atomu można uzyskać energia wiązania Eb, Eb różniły się od różnych pierwiastków i różnych powłok elektronowych, to „odciski palców” parametrów identyfikacji atomów, tworzenie linii widmowej to spektroskopia fotoelektronów (XPS). XPS może być stosowany do jakościowej i ilościowej analizy pierwiastków na płytkiej powierzchni (kilka nanometrów) powierzchni próbki. Ponadto informacje o chemicznych stanach walencyjnych pierwiastków można uzyskać z chemicznych przesunięć energii wiązania. Może dostarczyć informacji o wiązaniu między stanem walencyjnym warstwy powierzchniowej a otaczającymi elementami. 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 jest używany głównie w analizie analizy jakości powłok PCB, analizie zanieczyszczeń i analizie stopnia utlenienia, w celu określenia głębokiej przyczyny słabej spawalności.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Metoda pomiaru różnicy poboru mocy między substancją a substancją odniesienia w funkcji temperatury (lub czasu) przy zaprogramowanej kontroli temperatury. 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.