As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, ПЦБ- постао најважнији и кључни део електронских информационих производа, његов квалитет и ниво поузданости одређују квалитет и поузданост целокупне опреме. Међутим, због трошкова и техничких разлога, постоји много проблема са кваровима у производњи и примени ПЦБ -а.

За ову врсту проблема са кваром, морамо да користимо неке често коришћене технике анализе кварова како бисмо осигурали квалитет и ниво поузданости ПЦБ -а у производњи. Овај рад резимира десет техника анализе грешака за референцу.

Механизам и анализа узрока квара ПЦБ -а

1. Визуелни преглед

Инспекција изгледа је визуелни преглед или употреба неких једноставних инструмената, попут стереоскопског микроскопа, металографског микроскопа или чак лупе, да се провери изглед ПЦБ -а и пронађу оштећени делови и релевантни физички докази. Главна функција је лоцирање квара и прелиминарна процена начина квара ПЦБ -а. Инспекција изгледа углавном проверава загађење ПЦБ -а, корозију, место експлозије плоче, ожичење кола и правилност квара, ако је серијски или појединачан, да ли је увек концентрисан у одређеном подручју итд. 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. Рендгенска флуороскопија

За неке делове који се не могу проверити изгледом, као и унутрашњост ПЦБ-а кроз рупу и друге унутрашње недостатке, морамо да проверимо рентгенски флуороскопски систем. Рендгенски флуороскопски систем је употреба различите дебљине материјала или различите густине материјала за рендгенску хигроскопност или пренос различитих принципа на снимање. Ова технологија се више користи за проверу локације дефеката у ПЦБА лемним спојевима, кроз недостатке рупа и недостатке у БГА или ЦСП уређајима са паковањем велике густине. 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. Анализа секција

Анализа кришки је процес добијања структуре попречног пресека ПЦБ -а узорковањем, мозаиком, кришкама, полирањем, корозијом, посматрањем и низом метода и корака. 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; У исто време, захтеви за методом узорка су високи, време припреме узорка је такође дуго, потребно је довршити обучено техничко особље. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Скенирајући акустички 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. У овом тренутку, акустички микроскоп за скенирање показује своју посебну предност у недеструктивној детекцији вишеслојног ПЦБ-а велике густине. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Микроинфрардећа анализа

Микро инфрацрвена анализа је инфрацрвена спектроскопија у комбинацији са методом микроскопске анализе, користи различите материјале (углавном органске материје) на принципу апсорпције инфрацрвеног спектра, анализирајући састав једињења материјала, заједно са микроскопом може направити видљиву светлост и инфрацрвену светлост са светлосном путањом, све док се налази под видним пољем, може се тражити анализа органских загађивача у траговима. У одсуству микроскопа, инфрацрвена спектроскопија обично може анализирати само велике узорке. 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. Анализа скенирајућом електронском микроскопијом

Скенирајући електронски микроскоп (СЕМ) један је од најкориснијих великих електронских микроскопских система за снимање за анализу кварова. Његов принцип рада је да формира електронски сноп пречника од десетине до хиљада ангстрема (А) фокусирањем електронског снопа емитованог са катоде убрзаног анодом. Под дејством скретања завојнице за скенирање, Електронски сноп скенира површину узорка тачку по тачку у одређеном временском и просторном редоследу. Електронски сноп велике енергије бомбардује површину узорка и генерише разне информације које се могу прикупити и појачати како би се на екрану приказале различите одговарајуће графике. 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. Побуђени електрони повратног расејања генеришу се у распону од 100 до 1000 нм на површини узорка и емитују различите карактеристике са разликом атомског броја супстанце. Према томе, слика електрона уназад расутих има морфолошке карактеристике и способност разликовања атомског броја, па стога слика електрона која се налази уназад може одражавати дистрибуцију хемијских елемената. Садашњи скенирајући електронски микроскоп био је врло моћан, било која фина структура или површинска својства могу се повећати стотинама хиљада пута за посматрање и анализу.

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. Осим тога, дубинска оштрина слике скенирајућег електронског микроскопа много је већа од оне оптичког микроскопа, што је важна метода за анализу металографске структуре, микроскопског лома и лимених бркова.

7. X-ray energy spectrum analysis

Горе поменута скенирајућа електронска микроскопија обично је опремљена рендгенским спектрометром енергије. 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. У исто време, одговарајући инструменти се називају спектрометријски дисперзиони спектрометар (скраћено ВДС) и енергетски дисперзиони спектрометар (скраћено ЕДС) према карактеристичној таласној дужини или карактеристичној енергији детекције рендгенског сигнала. Резолуција спектрометра је већа од оне енергетског спектрометра, а брзина анализе енергетског спектрометра је бржа од оне енергетског спектрометра. Због велике брзине и ниске цене енергетских спектрометара, општа СЦАННИНГ електронска микроскопија опремљена је енергетским спектрометрима.

Са различитим начином скенирања електронског снопа, енергетски спектрометар може анализирати тачку, линију и раван површине и добити информације о различитој расподели елемената.Point analysis yields all elements of a point; Анализа линије Сваки пут се на одређеној линији врши анализа једног елемента, а расподела свих елемената се добија вишеструким скенирањем. Анализа површине Анализа свих елемената на датој површини. Садржај измереног елемента је просек опсега површинских мерења.

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. Тачност квантитативне анализе енергетског спектрометра је ограничена, а садржај мањи од 0.1% генерално није лако открити. Комбинацијом енергетског спектра и СЕМ -а могу се истовремено добити информације о морфологији и саставу површине, што је разлог зашто се широко користе.

8. Анализа фотоелектронске спектроскопије (КСПС)

Узорци зрачењем рендгенским зрацима, површина електрона унутрашње љуске атома ће побећи из везе језгра и формирати чврсту површину, мерећи његову кинетичку енергију Ек, из унутрашњих електрона атома љуске може се добити енергија везивања Еб, Еб варира од различитих елемената и различите електронске љуске, то су „отисци прстију“ параметара идентификације атома, формирање спектралне линије је фотоелектронска спектроскопија (КСПС). КСПС се може користити за квалитативну и квантитативну анализу елемената на плиткој површини (неколико нанометара) површине узорка. Осим тога, подаци о хемијским валентним стањима елемената могу се добити из хемијских помака енергије везивања. Може дати информације о вези између валентног стања површинског слоја и околних елемената. 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; Вишеслојни слојеви се такође могу лонгитудинално анализирати уклањањем аргонских јона (види случај испод) са далеко већом осетљивошћу од енергетског спектра (ЕДС). КСПС се углавном користи у анализи анализе квалитета ПЦБ премаза, анализи загађења и анализи степена оксидације, како би се утврдио дубоки разлог лоше заваривости.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Метода мерења разлике у улазној снази између супстанце и референтне супстанце у функцији температуре (или времена) при програмираној контроли температуре. 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.

КСНУМКС. 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. ПЦБ са превеликим коефицијентом ширења често доводи до лома метализованих рупа након заваривања и монтаже.