Kot nosilec različnih komponent in vozlišče prenosa signala vezja, PCB je postal najpomembnejši in ključni del elektronskih informacijskih izdelkov, njegova kakovost in stopnja zanesljivosti pa določata kakovost in zanesljivost celotne opreme. Vendar pa je zaradi stroškov in tehničnih razlogov pri proizvodnji in uporabi PCB veliko težav z napakami.

Za tovrstne težave z napakami moramo uporabiti nekaj pogosto uporabljenih tehnik analize napak, da zagotovimo kakovost in raven zanesljivosti PCB v proizvodnji. Ta članek povzema deset referenčnih tehnik analize napak.

Analiza mehanizmov in vzrokov okvare PCB

1. Vizualni pregled

Pregled videza je vizualni pregled ali uporaba nekaterih preprostih instrumentov, kot so stereoskopski mikroskop, metalografski mikroskop ali celo povečevalno steklo, da se preveri videz PCB -ja in poiščejo poškodovane dele in ustrezne materialne dokaze. Glavna funkcija je poiskati napako in predhodno presoditi način okvare tiskanega vezja. Pregled videza večinoma preverja onesnaženje s PCB, korozijo, mesto eksplozije plošče, ožičenje vezja in pravilnost okvare, če je serijska ali posamezna, ali je vedno koncentrirana na določenem območju itd. 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. Rentgenska fluoroskopija

Za nekatere dele, ki jih videz ne more pregledati, pa tudi notranjost tiskane plošče skozi luknjo in druge notranje napake, moramo za preverjanje uporabiti rentgensko fluoroskopsko napravo. Rentgenski fluoroskopski sistem je uporaba različnih debelin materiala ali različne gostote materiala pri rentgenski higroskopnosti ali prepustnosti različnih načel za slikanje. Ta tehnologija se bolj uporablja za preverjanje lokacije napak v spajkalnih spojih PCBA, preko napak v luknjah in napak v napravah BGA ali CSP z embalažo visoke gostote. 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 odsekov

Analiza rezin je postopek pridobivanja strukture preseka PCB z vzorčenjem, mozaikom, rezino, poliranjem, korozijo, opazovanjem in vrsto metod in korakov. Obilne informacije o mikrostrukturi PCB (skozi luknje, premaze itd.) Lahko dobimo z analizo rezin, ki je dobra podlaga za naslednje izboljšanje kakovosti. However, this method is destructive, once the slice is carried out, the sample will inevitably be destroyed; Hkrati so metode vzorčenja visoke, čas priprave vzorca je tudi dolg, potreba po usposobljenem tehničnem osebju. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Skenirni akustični 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. Na tej točki skenirni akustični mikroskop pokaže svojo posebno prednost pri nedestruktivnem odkrivanju večplastnih PCB z visoko gostoto. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Mikroinfrardeča analiza

Mikro infrardeča analiza je namenjena infrardeči spektroskopiji v kombinaciji z analizo mikroskopa, uporablja različne materiale (predvsem organske snovi) po principu absorpcije infrardečega spektra, pri čemer se analizira sestava spojin materialov, skupaj z mikroskopom pa lahko naredijo vidno svetlobo in infrardečo svetlobo s svetlobno potjo, dokler je pod vidnim poljem, lahko išče analizo organskih onesnaževal v sledovih. V odsotnosti mikroskopa lahko infrardeča spektroskopija običajno analizira le velike vzorce. 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 s skenirno elektronsko mikroskopijo

Skenirni elektronski mikroskop (SEM) je eden izmed najbolj uporabnih obsežnih elektronsko mikroskopskih sistemov za analizo napak. Njegovo načelo delovanja je oblikovanje elektronskega žarka s premerom od deset do tisoč angstremov (A) s fokusiranjem elektronskega žarka, ki ga oddaja katoda, pospešena z anodo. Pod dejstvom upogiba skenirne tuljave, Elektronski žarek skenira površino vzorca od točke do točke v določenem časovnem in prostorskem vrstnem redu. Visokoenergijski elektronski žarek bombardira površino vzorca in ustvarja različne informacije, ki jih je mogoče zbrati in povečati, da se na zaslonu prikažejo različne ustrezne grafike. 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. Vzbujeni elektroni, ki se razpršijo nazaj, nastanejo v območju 100 ~ 1000 nm na površini vzorca in oddajajo različne značilnosti z razliko atomskega števila snovi. Zato ima elektronsko slika, razpršena nazaj, morfološke značilnosti in sposobnost razlikovanja atomskega števila, zato lahko slika elektrona, ki je razpršena nazaj, odraža porazdelitev kemičnih elementov. Sedanji skenirni elektronski mikroskop je bil zelo močan, vsako fino strukturo ali površinske značilnosti je mogoče za opazovanje in analizo povečati na stotine tisočkrat.

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. Poleg tega je globinska ostrina slike skenirajočega elektronskega mikroskopa veliko večja od globine optičnega mikroskopa, kar je pomembna metoda za analizo metalografske strukture, mikroskopskega loma in kositrnih brkov.

7. X-ray energy spectrum analysis

Zgoraj omenjena skenirajoča elektronska mikroskopija je običajno opremljena z rentgenskim energijskim 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. Hkrati se ustrezni instrumenti v skladu z značilno valovno dolžino ali značilno energijo detekcije rentgenskega signala imenujejo spektrometer za razprševanje spektra (na kratko WDS) in spekter za razprševanje energije (na kratko EDS). Ločljivost spektrometra je višja kot pri energetskem spektrometru, hitrost analize energijskega spektrometra pa je hitrejša od hitrosti energetskega spektrometra. Zaradi visoke hitrosti in nizkih stroškov energetskih spektrometrov je splošna elektronska mikroskopija SCANNING opremljena z energijskimi spektrometri.

Z različnim načinom skeniranja elektronskega žarka lahko energetski spektrometer analizira točko, črto in ravnino površine ter pridobi informacije o različni porazdelitvi elementov.Point analysis yields all elements of a point; Analiza linij Vsakič se na določeni vrstici izvede analiza enega elementa, porazdelitev vseh elementov pa se doseže z večkratnim skeniranjem. Površinska analiza Analiza vseh elementov na določeni površini. Vsebnost izmerjenega elementa je povprečje obsega površinskih meritev.

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. Natančnost kvantitativne analize energetskega spektrometra je omejena in vsebnosti manj kot 0.1% na splošno ni lahko zaznati. Kombinacija energetskega spektra in SEM lahko hkrati pridobi informacije o površinski morfologiji in sestavi, zato se pogosto uporabljajo.

8. Analiza fotoelektronske spektroskopije (XPS)

Vzorci z obsevanjem z rentgenskimi žarki bodo površino elektronov notranje lupine atoma pobegnili iz vezi jedra in trdne površine, pri čemer merimo njegovo kinetično energijo Ex, iz elektronov notranje lupine atoma pa lahko dobimo energijo vezave Eb, Eb se je razlikovalo od različnih elementov in različnih elektronskih lupin, to so “prstni odtisi” parametrov identifikacije atoma, nastanek spektralne črte je fotoelektronska spektroskopija (XPS). XPS se lahko uporablja za kvalitativno in kvantitativno analizo elementov na plitvi površini (nekaj nanometrov) površine vzorca. Poleg tega je mogoče podatke o kemijskih valenčnih stanjih elementov pridobiti s kemičnimi premiki vezavne energije. Lahko poda informacije o vezi med valenčnim stanjem površinske plasti in okoliškimi elementi. 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; Večplastne sloje je mogoče vzdolžno analizirati tudi z odstranjevanjem argonovih ionov (glej spodnji primer) z veliko večjo občutljivostjo kot energetski spekter (EDS). XPS se večinoma uporablja za analizo analize kakovosti premaza iz PCB, analizo onesnaženosti in stopnjo oksidacije, da se ugotovi globoki razlog slabe varljivosti.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Metoda merjenja razlike v vhodni moči med snovjo in referenčno snovjo kot funkcijo temperature (ali časa) pri programiranem nadzoru temperature. 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)

Termično -mehanska analiza se uporablja za merjenje deformacijskih lastnosti trdnih snovi, tekočin in gelov pod toplotnimi ali mehanskimi silami pri programiranem nadzoru temperature. Običajno uporabljene metode obremenitve vključujejo stiskanje, vstavljanje zatičev, raztezanje, upogibanje itd. Preskusna sonda je sestavljena iz pritrjenega konzolnega nosilca in vijačne vzmetne podpore skozi motor uporabljene obremenitve, ko pride do deformacije vzorca, diferencialnega transformatorja za zaznavanje spremembe in skupaj z obdelavo podatkov, kot so temperatura, napetost in obremenitev po material je mogoče dobiti pod zanemarljivimi razmerji deformacije obremenitve s temperaturo (ali časom). Glede na razmerje med deformacijo in temperaturo (ali časom) je mogoče preučiti in analizirati fizikalno -kemijske in termodinamične lastnosti materialov. TMA se pogosto uporablja pri analizi PCB in se uporablja predvsem pri merjenju dveh najbolj kritičnih parametrov PCB: linearnega ekspanzijskega koeficienta in temperature stekla. PCB s prevelikim ekspanzijskim koeficientom pogosto privede do zloma metaliziranih lukenj po varjenju in montaži.