Ako nosič rôznych komponentov a rozbočovač prenosu signálu obvodu, PCB sa stala najdôležitejšou a kľúčovou súčasťou elektronických informačných produktov, jej úroveň kvality a spoľahlivosti určuje kvalitu a spoľahlivosť celého zariadenia. Z nákladových a technických dôvodov je však vo výrobe a aplikácii DPS veľa problémov so zlyhaním.

Na tento druh problému so zlyhaním musíme použiť niektoré bežne používané techniky analýzy porúch, aby sme zaistili úroveň kvality a spoľahlivosti PCB vo výrobe. Tento článok sumarizuje desať techník analýzy porúch ako referenciu.

Mechanizmus a analýza príčin poruchy DPS

1. Vizuálna kontrola

Kontrola vzhľadu je vizuálna kontrola alebo použitie niektorých jednoduchých nástrojov, ako je stereoskopický mikroskop, metalografický mikroskop alebo dokonca lupa, na kontrolu vzhľadu PCB a nájdenie poškodených častí a príslušných fyzických dôkazov. Hlavnou funkciou je lokalizovať poruchu a predbežne posúdiť poruchový režim DPS. Kontrola vzhľadu kontroluje predovšetkým znečistenie DPS, koróziu, miesto výbuchu dosky, zapojenie obvodov a pravidelnosť poruchy, ak je dávková alebo individuálna, či je vždy koncentrovaná v určitej oblasti atď. 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. Röntgenová fluoroskopia

Pri niektorých častiach, ktoré nie je možné kontrolovať vzhľadom, ako aj vo vnútri priechodného otvoru DPS a iných vnútorných defektoch, musíme na kontrolu použiť röntgenový fluoroskopický systém. Röntgenový fluoroskopický systém je použitie rôznej hrúbky materiálu alebo rôznej hustoty materiálu röntgenovej hygroskopicity alebo priepustnosti rôznych princípov na zobrazovanie. Táto technológia sa viac používa na kontrolu umiestnenia defektov spájkovacích spojov PCBA, defektov otvorov a defektov v zariadeniach BGA alebo CSP s balením s vysokou hustotou. 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. Analýza sekcií

Analýza rezov je proces získavania štruktúry prierezu DPS pomocou vzorkovania, mozaiky, rezu, leštenia, korózie, pozorovania a série metód a krokov. 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; Metóda požiadaviek na vzorky je zároveň vysoká, doba prípravy vzorky je tiež dlhá a je potrebné, aby ju dokončil vyškolený technický personál. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Skenovací akustický 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. V tomto mieste skenovací akustický mikroskop ukazuje svoju osobitnú výhodu v nedeštruktívnej detekcii viacvrstvových vysokohustotných plošných spojov s vysokou hustotou. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Mikroinfračervená analýza

Mikro infračervená analýza je infračervená spektroskopia kombinovaná s metódou mikroskopickej analýzy, ktorá používa iný materiál (hlavne organickú hmotu) na princípe absorpcie infračerveného spektra, pričom analýza zloženého materiálu, spolu s mikroskopom, môže vytvárať viditeľné svetlo a infračervené svetlo. so svetelnou cestou, pokiaľ je pod zorným poľom, môže hľadať analýzu stopových organických znečisťujúcich látok. V neprítomnosti mikroskopu môže infračervená spektroskopia zvyčajne analyzovať iba veľké vzorky. 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. Analýza skenovacou elektrónovou mikroskopiou

Skenovací elektrónový mikroskop (SEM) je jedným z najužitočnejších systémov elektronického mikroskopického zobrazovania vo veľkom meradle na analýzu porúch. Jeho princípom činnosti je vytvoriť elektrónový lúč s priemerom desiatok až tisíc angstrômov (A) zaostrením elektrónového lúča vyžarovaného z katódy zrýchleného anódou. Pôsobením vychýlenia skenovacej cievky, Elektrónový lúč skenuje povrch vzorky bod po bode v určitom časovom a priestorovom poradí. Vysokoenergetický elektrónový lúč bombarduje povrch vzorky a generuje rôzne informácie, ktoré je možné zbierať a zosilňovať, aby sa na displeji zobrazila rôzna zodpovedajúca grafika. 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. Excitované spätne rozptýlené elektróny sa generujú v rozsahu 100 až 1000 XNUMX nm na povrchu vzorky a emitujú rôzne charakteristiky s rozdielom atómového čísla látky. Spätne rozptýlený elektrónový obraz má preto morfologické vlastnosti a schopnosť rozlišovať atómové číslo, a preto spätne rozptýlený elektrónový obraz môže odrážať distribúciu chemických prvkov. Tento skenovací elektrónový mikroskop je veľmi účinný, akúkoľvek jemnú štruktúru alebo vlastnosti povrchu je možné na pozorovanie a analýzu zväčšiť až státisíckrát.

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. Hĺbka ostrosti obrazu skenovacieho elektrónového mikroskopu je navyše oveľa väčšia ako hĺbka optického mikroskopu, čo je dôležitá metóda na analýzu metalografickej štruktúry, mikroskopického lomu a cínových fúzov.

7. X-ray energy spectrum analysis

Vyššie uvedená skenovacia elektrónová mikroskopia je obvykle vybavená röntgenovým energetickým spektrometrom. 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. Príslušné prístroje sa súčasne nazývajú spektrálny disperzný spektrometer (skrátene WDS) a energetický disperzný spektrometer (skrátene EDS) podľa charakteristickej vlnovej dĺžky alebo charakteristickej energie detekcie röntgenového signálu. Rozlíšenie spektrometra je vyššie ako rozlíšenie energetického spektrometra a rýchlosť analýzy energetického spektrometra je vyššia ako rýchlosť energetického spektrometra. Vzhľadom na vysokú rýchlosť a nízke náklady na energetické spektrometre je všeobecná elektrónová mikroskopia SCANNING vybavená energetickými spektrometrami.

S rôznym režimom skenovania elektrónového lúča môže energetický spektrometer analyzovať bod, čiaru a rovinu povrchu a získať informácie o rôznom rozložení prvkov.Point analysis yields all elements of a point; Analýza čiar Zakaždým sa na zadanom riadku vykoná analýza jedného prvku a distribúcia riadkov všetkých prvkov sa získa viacnásobným skenovaním. Analýza povrchu Analýza všetkých prvkov na danom povrchu. Nameraný obsah prvkov je priemerom rozsahu povrchových meraní.

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. Presnosť kvantitatívnej analýzy energetického spektrometra je obmedzená a obsah menší ako 0.1% nie je spravidla ľahké zistiť. Kombinácia energetického spektra a SEM môže získať informácie o povrchovej morfológii a zložení súčasne, čo je dôvod, prečo sú široko používané.

8. Analýza fotoelektrónovej spektroskopie (XPS)

Vzorky ožarovaním röntgenovým žiarením uniknú z povrchu elektrónov vnútorného obalu atómu z väzby jadra a pevného povrchu, pričom sa zmeria jeho kinetická energia Ex a elektróny z vnútorného obalu atómu sa dajú získať väzbovou energiou Eb, Eb sa líšili od rôznych prvkov a rôznych elektrónových obalov, sú to „odtlačky prstov“ parametrov identifikácie atómu, tvorba spektrálnej čiary je fotoelektrónová spektroskopia (XPS). XPS je možné použiť na kvalitatívnu a kvantitatívnu analýzu prvkov na plytkom povrchu (niekoľko nanometrov) povrchu vzorky. Okrem toho je možné informácie o chemických valenčných stavoch prvkov získať z chemických posunov väzbovej energie. Môže poskytnúť informácie o väzbe medzi valenčným stavom povrchovej vrstvy a okolitými prvkami. 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; Viacvrstvové vrstvy je možné analyzovať aj pozdĺžne stripovaním argónovými iónmi (pozri prípad nižšie) s oveľa vyššou citlivosťou ako energetické spektrum (EDS). XPS sa používa hlavne na analýzu kvality povlaku PCB, analýzu znečistenia a analýzu stupňa oxidácie, aby sa určil hlavný dôvod zlej zvárateľnosti.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Metóda merania rozdielu vo výkone medzi látkou a referenčnou látkou v závislosti od teploty (alebo času) pri programovanej regulácii teploty. 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)

Tepelná mechanická analýza sa používa na meranie deformačných vlastností tuhých látok, kvapalín a gélov pri tepelných alebo mechanických silách pri programovanej regulácii teploty. Medzi bežne používané metódy zaťaženia patrí kompresia, vloženie kolíka, natiahnutie, ohnutie atď. Testovacia sonda pozostáva z upevneného na konzolovom nosníku a špirálovej pružinovej podpery cez motor aplikovaného zaťaženia, keď dôjde k deformácii vzorky, z diferenciálneho transformátora na detekciu zmeny a spolu so spracovaním údajov, ako je teplota, napätie a napätie po materiál je možné získať za zanedbateľných vzťahov deformácie zaťaženia s teplotou (alebo časom). Podľa vzťahu medzi deformáciou a teplotou (alebo časom) je možné študovať a analyzovať fyzikálno -chemické a termodynamické vlastnosti materiálov. TMA sa široko používa v analýze PCB a používa sa hlavne pri meraní dvoch najdôležitejších parametrov PCB: koeficientu lineárnej rozťažnosti a teploty skleného prechodu. DPS s príliš veľkým koeficientom rozťažnosti často povedie k zlyhaniu lomu pokovovaných otvorov po zváraní a montáži.