As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, печатная плата стала важнейшей и ключевой частью электронной информационной продукции, ее качество и уровень надежности определяют качество и надежность всего оборудования. Однако из-за стоимости и технических причин при производстве и применении печатных плат существует множество проблем, связанных с отказом.

Для такого рода проблем с отказами нам необходимо использовать некоторые часто используемые методы анализа отказов, чтобы гарантировать уровень качества и надежности печатной платы в производстве. В этом документе для справки обобщены десять методов анализа отказов.

Анализ механизма и причин отказа печатной платы

1. Визуальный осмотр

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. Проверка внешнего вида в основном проверяет загрязнение печатной платы, коррозию, место взрыва платы, электрическую проводку и регулярность отказа, если это партия или индивидуальный, всегда ли он сосредоточен в определенной области и т. Д. 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. Рентгеновская рентгеноскопия.

Для некоторых деталей, которые не могут быть проверены по внешнему виду, а также для внутренних отверстий печатной платы и других внутренних дефектов, мы должны использовать систему рентгеноскопии для проверки. Система рентгеновской рентгеноскопии – это использование материала различной толщины или различной плотности материала, гигроскопичности рентгеновских лучей или пропускания различных принципов для получения изображений. Эта технология больше используется для проверки местоположения дефектов паяных соединений PCBA, сквозных дефектов и дефектов в устройствах BGA или CSP с упаковкой высокой плотности. 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. Анализ раздела

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; В то же время, метод требований к образцам высок, время подготовки образцов также длительное, для завершения требуется обученный технический персонал. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Сканирующий акустический микроскоп

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. На этом этапе сканирующий акустический микроскоп демонстрирует свое особое преимущество в неразрушающем обнаружении многослойных печатных плат высокой плотности. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Микроинфракрасный анализ

Микро-инфракрасный анализ – это инфракрасная спектроскопия в сочетании с методом микроскопического анализа, он использует различные материалы (в основном органические вещества) по принципу поглощения инфракрасного спектра, анализируя составной состав материалов, в сочетании с микроскопом может делать видимый свет и инфракрасный свет с помощью светового пути, пока он находится под полем зрения, можно искать анализ следов органических загрязнителей. В отсутствие микроскопа инфракрасная спектроскопия обычно позволяет анализировать только большие образцы. 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. Анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии

Растровый электронный микроскоп (СЭМ) – одна из наиболее полезных крупномасштабных систем электронной микроскопии для анализа отказов. Его принцип работы заключается в формировании электронного пучка диаметром от десятков до тысяч ангстрем (A) путем фокусировки электронного пучка, испускаемого катодом, ускоренного анодом. Под действием отклонения сканирующей катушки, Электронный луч сканирует поверхность образца точка за точкой в ​​определенном временном и пространственном порядке. Электронный луч высокой энергии бомбардирует поверхность образца и генерирует различную информацию, которую можно собирать и усиливать, чтобы получить различную соответствующую графику на экране дисплея. 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. Возбужденные обратно рассеянные электроны генерируются в диапазоне 100 ~ 1000 нм на поверхности образца, и они излучают разные характеристики в зависимости от атомного номера вещества. Следовательно, изображение обратно рассеянных электронов имеет морфологические характеристики и способность различать атомный номер, и, следовательно, изображение обратно рассеянных электронов может отражать распределение химических элементов. Современный растровый электронный микроскоп очень мощный, любая тонкая структура или детали поверхности могут быть увеличены в сотни тысяч раз для наблюдения и анализа.

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. Кроме того, глубина резкости изображения, полученного с помощью сканирующего электронного микроскопа, намного больше, чем у оптического микроскопа, который является важным методом анализа металлографической структуры, микроскопических трещин и усов олова.

7. X-ray energy spectrum analysis

Вышеупомянутая сканирующая электронная микроскопия обычно оснащена рентгеновским энергетическим спектрометром. 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. В то же время соответствующие инструменты соответственно называются спектрометром дисперсии спектра (сокращенно WDS) и спектрометром дисперсии энергии (сокращенно EDS) в соответствии с характеристической длиной волны или характеристической энергией обнаружения рентгеновского сигнала. Разрешение спектрометра выше, чем у энергетического спектрометра, а скорость анализа энергетического спектрометра выше, чем у энергетического спектрометра. Из-за высокой скорости и низкой стоимости энергетических спектрометров общая электронная микроскопия СКАНИРОВАНИЕ оснащена энергетическими спектрометрами.

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. Анализ поверхности Анализ всех элементов данной поверхности. Измеренное содержание элемента является средним значением диапазона измерений поверхности.

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. Точность количественного анализа энергетического спектрометра ограничена, и содержание менее 0.1%, как правило, нелегко обнаружить. Комбинация энергетического спектра и СЭМ позволяет одновременно получать информацию о морфологии и составе поверхности, поэтому они широко используются.

8. Фотоэлектронная спектроскопия (XPS) анализ

Образцы с помощью рентгеновского облучения, поверхность внутренней оболочки электронов атома вырвутся из оков ядра и твердой поверхности, образуя, измеряя его кинетическую энергию Ex, электроны внутренней оболочки атома могут быть получены энергии связи Eb, Eb варьируются от разных элементов и различной электронной оболочки, это «отпечатки пальцев» параметров идентификации атома, формирование спектральной линии – это фотоэлектронная спектроскопия (XPS). XPS можно использовать для качественного и количественного анализа элементов на неглубокой (несколько нанометров) поверхности образца. Кроме того, информацию о химических валентных состояниях элементов можно получить из химических сдвигов энергии связи. Он может дать информацию о связи между валентным состоянием поверхностного слоя и окружающими элементами. 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 в основном используется для анализа качества покрытия печатных плат, анализа загрязнения и анализа степени окисления, чтобы определить глубинную причину плохой свариваемости.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Метод измерения разницы в потребляемой мощности между веществом и эталонным веществом в зависимости от температуры (или времени) при запрограммированном контроле температуры. 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.