As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB har blivit den viktigaste och viktigaste delen av elektroniska informationsprodukter, dess kvalitet och tillförlitlighet bestämmer kvaliteten och tillförlitligheten för hela utrustningen. På grund av kostnad och tekniska skäl finns det dock många felproblem vid tillverkning och tillämpning av kretskort.

För denna typ av felproblem måste vi använda några vanligt förekommande tekniker för felanalys för att säkerställa kvaliteten och tillförlitligheten hos PCB i tillverkningen. Detta dokument sammanfattar tio felanalystekniker för referens.

Mekanism och orsaksanalys av PCB -fel

1. En visuell inspektion

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. Utseendeinspektion kontrollerar huvudsakligen PCB -föroreningar, korrosion, platsen för kortexplosion, kretsledningar och felaktigheten, om det är batch eller individuellt, om det alltid är koncentrerat till ett visst område 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. Röntgenfluoroskopi

För vissa delar som inte kan inspekteras av utseendet, liksom insidan av kretskortet genom hål och andra inre defekter, måste vi använda röntgenfluoroskopisystem för att kontrollera. Röntgenfluoroskopisystem är användningen av olika materialtjocklekar eller olika materialtäthet för röntgenhygroskopicitet eller överföring av olika principer till bildbehandling. Denna teknik används mer för att kontrollera placeringen av defekter i PCBA -lödfogar, genom hålfel och defekter i BGA- eller CSP -enheter med högdensitetsförpackning. 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. Sektionsanalys

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; Samtidigt är metoden för provkrav hög, provberedningstiden är också lång, behovet av utbildad teknisk personal att slutföra. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Skannar akustiskt 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. Vid denna tidpunkt visar det skannande akustiska mikroskopet sin speciella fördel i icke-destruktiv detektion av flerskikts högdensitets-PCB. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Mikroinfraröd analys

Mikroinfraröd analys är att infraröd spektroskopi kombinerat med mikroskopanalysmetod, det använder olika material (främst organiskt material) på principen om det infraröda spektrumabsorptionen, analyserar sammansättningen av materialen, i kombination med mikroskopet kan göra synligt ljus och infrarött ljus med ljusbanan, så länge som under synfältet, kan leta efter analys av organiska spårämnen. I avsaknad av ett mikroskop kan infraröd spektroskopi vanligtvis endast analysera stora prover. 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. Analys av elektronmikroskopi

Skanningelektronmikroskop (SEM) är ett av de mest användbara storskaliga elektronmikroskopiska avbildningssystemen för felanalys. Dess arbetsprincip är att bilda en elektronstråle med en diameter på tiotals till tusentals ångström (A) genom att fokusera elektronstrålen som avges från katoden accelererad av anoden. Under åtgärd av avböjning av skanningsspolen, Elektronstrålen skannar provets yta punkt för punkt i en viss tid och rumsordning. Högenergi-elektronstrålen bombarderar provets yta och genererar en mängd information, som kan samlas in och förstärkas för att få olika motsvarande grafik på skärmen. 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. De upphetsade återspridna elektronerna genereras i intervallet 100 ~ 1000 nm på provets yta, och de avger olika egenskaper med skillnaden i atomnummer för ämnet. Därför har den bakåtspridna elektronbilden morfologiska egenskaper och förmåga till diskriminering av atomnummer, och därför kan den bakåtspridna elektronbilden återspegla fördelningen av kemiska element. Det nuvarande skanningselektronmikroskopet har varit mycket kraftfullt, alla fina strukturer eller ytegenskaper kan förstoras till hundratusentals gånger för observation och analys.

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. Dessutom är skärpedjupet för scanningselektronmikroskopbilden mycket större än det för det optiska mikroskopet, vilket är en viktig metod för analys av den metallografiska strukturen, mikroskopiska frakturer och tennpiskar.

7. X-ray energy spectrum analysis

Ovan nämnda svepelektronmikroskopi är vanligtvis utrustad med en röntgenenergispektrometer. 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. Samtidigt kallas motsvarande instrument respektive spektrumdispersionsspektrometer (WDS för kort) och energidispersionsspektrometer (EDS för kort) enligt den karakteristiska våglängden eller den karakteristiska energin för röntgensignaldetektering. Spektrometerns upplösning är högre än energispektrometerns, och analyshastigheten för energispektrometern är snabbare än energispektrometerns. På grund av den höga hastigheten och den låga kostnaden för energispektrometrar är den allmänna SCANNING -elektronmikroskopin utrustad med energispektrometrar.

Med elektronstrålens olika skanningsläge kan energispektrometern analysera ytans punkt, linje och plan och erhålla information om olika fördelning av element.Point analysis yields all elements of a point; Linjeanalys En elementanalys utförs på en angiven rad varje gång, och linjefördelningen för alla element erhålls genom flera skanningar. Ytanalys Analys av alla element i en given yta. Det uppmätta elementinnehållet är genomsnittet av ytmätningar.

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. Den kvantitativa analysnoggrannheten för energispektrometern är begränsad, och innehållet mindre än 0.1% är i allmänhet inte lätt att upptäcka. Kombinationen av energispektrum och SEM kan få information om ytmorfologi och sammansättning samtidigt, vilket är anledningen till att de används i stor utsträckning.

8. Fotoelektronspektroskopi (XPS) analys

Prover genom röntgenstrålning, ytan på atomens inre skalelektroner kommer att fly från kärnans bindning och bilda fast yta, mäta dess kinetiska energi Ex, de inre skalelektronerna i atomen kan erhållas bindningsenergin för Eb, Eb varierade från olika element och olika elektronskal, det är “fingeravtryck” av atomidentifieringsparametrarna, bildning av spektral linje är fotoelektronspektroskopi (XPS). XPS kan användas för kvalitativ och kvantitativ analys av element på grund yta (flera nanometer) av provytan. Dessutom kan information om elementens kemiska valenstillstånd erhållas från kemiska skiftningar av bindningsenergi. Det kan ge information om bindningen mellan ytskiktets valenstillstånd och de omgivande elementen. 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 används huvudsakligen vid analys av PCB -beläggnings kvalitetsanalys, föroreningsanalys och oxidationsgradsanalys, för att fastställa den djupa orsaken till dålig svetsbarhet.

9. Differential Scanning Calorim-etry

En metod för att mäta skillnaden i effektinmatning mellan ett ämne och ett referensämne som funktion av temperaturen (eller tiden) under programmerad temperaturkontroll. 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.