Ca purtător al diferitelor componente și hub-ul transmiterii semnalului circuitului, PCB a devenit cea mai importantă și esențială parte a produselor informatice electronice, nivelul său de calitate și fiabilitate determină calitatea și fiabilitatea întregului echipament. Cu toate acestea, din motive de cost și tehnice, există o mulțime de probleme de eșec în producția și aplicarea PCB.

Pentru acest tip de problemă de defecțiune, trebuie să folosim câteva tehnici de analiză a defecțiunilor utilizate în mod obișnuit pentru a asigura calitatea și nivelul de fiabilitate al PCB în fabricație. Această lucrare rezumă zece tehnici de analiză a eșecului pentru referință.

Analiza mecanismului și cauzei defecțiunilor PCB

1. O inspecție vizuală

Inspecția aspectului este de a inspecta vizual sau de a folosi unele instrumente simple, cum ar fi microscopul stereoscopic, microscopul metalografic sau chiar lupa, pentru a verifica aspectul PCB și pentru a găsi părțile defecte și dovezile fizice relevante. Funcția principală este de a localiza defecțiunea și de a judeca preliminar modul de defecțiune al PCB. Inspecția aspectului verifică în principal poluarea PCB, coroziunea, locația exploziei plăcii, cablarea circuitului și regularitatea defecțiunii, dacă este lot sau individual, indiferent dacă este întotdeauna concentrat într-o anumită zonă 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. Fluoroscopie cu raze X

Pentru unele părți care nu pot fi inspectate de aspect, precum și interiorul PCB prin orificiul și alte defecte interne, trebuie să folosim un sistem de fluoroscopie cu raze X pentru a verifica. Sistemul de fluoroscopie cu raze X este utilizarea unei grosimi diferite a materialului sau a unei densități de material diferite a higroscopicității cu raze X sau a transmitanței diferitelor principii către imagistică. Această tehnologie este mai utilizată pentru a verifica localizarea defectelor în îmbinările de lipit PCBA, prin defecte ale găurilor și defecte în dispozitivele BGA sau CSP cu ambalaje de densitate mare. 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 secțiunii

Analiza feliei este procesul de obținere a structurii secțiunii transversale PCB prin eșantionare, mozaic, felie, lustruire, coroziune, observare și o serie de metode și pași. 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; În același timp, metoda cerințelor eșantionului este ridicată, timpul de pregătire a eșantionului este, de asemenea, lung, necesitatea de a finaliza personalul tehnic instruit. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Microscop acustic de scanare

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. În acest moment, microscopul acustic de scanare își arată avantajul special în detectarea nedistructivă a PCB-urilor cu densitate înaltă cu mai multe straturi. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Analiza microinfraroșu

Analiza micro-infraroșu este spectroscopie în infraroșu combinată cu metoda de analiză a microscopului, utilizează diferite materiale (în principal materie organică) pe principiul absorbției spectrului în infraroșu, analizând compoziția compusă a materialelor, împreună cu microscopul poate face lumină vizibilă și lumină infraroșie cu calea luminii, atâta timp cât sub câmpul vizual, poate căuta analiza urmelor de poluanți organici. În absența unui microscop, spectroscopia în infraroșu poate analiza de obicei doar probe mari. 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 microscopiei electronice de scanare

Microscopul electronic cu scanare (SEM) este unul dintre cele mai utile sisteme de imagistică electronică la scară largă pentru analiza eșecurilor. Principiul său de funcționare este de a forma un fascicul de electroni cu diametrul de zeci până la mii de angstromi (A) prin focalizarea fasciculului de electroni emis de catodul accelerat de anod. Sub acțiunea de deviere a bobinei de scanare, Fasciculul de electroni scanează suprafața probei punct cu punct într-o anumită ordine de timp și spațiu. Fasciculul de electroni de mare energie bombardează suprafața eșantionului și generează o varietate de informații, care pot fi colectate și amplificate pentru a obține diferite grafică corespunzătoare pe ecranul de afișare. 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. Electronii retransmisiți excitați sunt generați în intervalul de 100 ~ 1000nm pe suprafața probei și emit diferite caracteristici cu diferența de număr atomic a substanței. Prin urmare, imaginea electronică retrodifuzată are caracteristici morfologice și capacitatea de discriminare a numărului atomic și, prin urmare, imaginea electronică retrodifuzată poate reflecta distribuția elementelor chimice. Prezentul microscop electronic cu scanare a fost foarte puternic, orice structură fină sau caracteristicile suprafeței pot fi mărite de sute de mii de ori pentru observare și analiză.

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. În plus, adâncimea de câmp a imaginii microscopului electronic de scanare este mult mai mare decât cea a microscopului optic, care este o metodă importantă pentru analiza structurii metalografice, a fracturii microscopice și a mustăților de tablă.

7. X-ray energy spectrum analysis

Microscopia electronică cu scanare electronică menționată mai sus este de obicei echipată cu un spectrometru de energie cu raze 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. În același timp, instrumentele corespunzătoare sunt numite respectiv spectrometru de dispersie a spectrului (WDS pe scurt) și spectrometru de dispersie a energiei (EDS pe scurt) în funcție de lungimea de undă caracteristică sau energia caracteristică a detectării semnalului cu raze X. Rezoluția spectrometrului este mai mare decât cea a spectrometrului de energie, iar viteza de analiză a spectrometrului de energie este mai mare decât cea a spectrometrului de energie. Datorită vitezei mari și a costului redus al spectrometrelor de energie, microscopia electronică SCANNING generală este echipată cu spectrometre de energie.

Cu diferitele moduri de scanare ale fasciculului de electroni, spectrometrul de energie poate analiza punctul, linia și planul suprafeței și poate obține informații despre distribuția diferită a elementelor.Point analysis yields all elements of a point; Analiza liniei O analiză a elementelor se efectuează de fiecare dată pe o linie specificată, iar distribuția liniei tuturor elementelor se obține prin scanare multiplă. Analiza suprafeței Analiza tuturor elementelor dintr-o suprafață dată. Conținutul elementului măsurat este media gamei de măsurători de suprafață.

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. Precizia analizei cantitative a spectrometrului de energie este limitată, iar conținutul mai mic de 0.1% nu este, în general, ușor de detectat. Combinația dintre spectrul energetic și SEM poate obține simultan informații despre morfologia și compoziția suprafeței, motiv pentru care sunt utilizate pe scară largă.

8. Analiza spectroscopiei fotoelectronice (XPS)

Eșantioanele prin iradiere cu raze X, suprafața electronilor învelișului interior al atomului va scăpa din legătura nucleului și formarea suprafeței solide, măsurând energia sa cinetică Ex, electronii învelișului interior al atomului pot fi obținuți energia de legare a Eb, Eb a variat de la diferite elemente și diferite cochilii de electroni, este „amprentele digitale” ale parametrilor de identificare a atomilor, formarea liniei spectrale este spectroscopia fotoelectronică (XPS). XPS poate fi utilizat pentru analiza calitativă și cantitativă a elementelor de pe suprafața superficială (câțiva nanometri) a suprafeței probei. În plus, informații despre stările de valență chimice ale elementelor pot fi obținute din deplasările chimice ale energiei de legare. Poate da informații despre legătura dintre starea de valență a stratului de suprafață și elementele înconjurătoare. 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; Multistraturile pot fi, de asemenea, analizate longitudinal prin striparea ionilor de argon (a se vedea cazul de mai jos) cu o sensibilitate mult mai mare decât spectrul de energie (EDS). XPS este utilizat în principal în analiza analizei calității acoperirii PCB, analizei poluării și analizei gradului de oxidare, pentru a determina motivul profund al sudabilității slabe.

9. Differential Scanning Calorim-etry

O metodă de măsurare a diferenței de putere de intrare între o substanță și o substanță de referință în funcție de temperatură (sau timp) sub controlul temperaturii programate. 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. Sonda de testare constă din fixat pe grinda în consolă și pe suportul elicoidal al arcului, prin motorul sarcinii aplicate, când apare deformarea eșantionului, transformator diferențial pentru a detecta schimbarea și împreună cu prelucrarea datelor, cum ar fi temperatura, tensiunea și tensiunea după materialul poate fi obținut sub relații neglijabile de deformare a sarcinii cu temperatura (sau timpul). Conform relației dintre deformare și temperatură (sau timp), proprietățile fizico-chimice și termodinamice ale materialelor pot fi studiate și analizate. TMA este utilizat pe scară largă în analiza PCB și este utilizat în principal în măsurarea celor mai importanți doi parametri ai PCB: coeficientul de expansiune liniară și temperatura de tranziție a sticlei. PCB cu un coeficient de expansiune prea mare va duce adesea la defectarea fracturilor găurilor metalizate după sudare și asamblare.