เป็นผู้ให้บริการของส่วนประกอบต่างๆและศูนย์กลางของการส่งสัญญาณวงจร, PCB ได้กลายเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดและเป็นส่วนสำคัญของผลิตภัณฑ์ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ ระดับคุณภาพและความน่าเชื่อถือเป็นตัวกำหนดคุณภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนและเหตุผลทางเทคนิค มีปัญหาความล้มเหลวมากมายในการผลิตและการประยุกต์ใช้ PCB

สำหรับปัญหาความล้มเหลวประเภทนี้ เราจำเป็นต้องใช้เทคนิคการวิเคราะห์ความล้มเหลวที่ใช้กันทั่วไปเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและระดับความน่าเชื่อถือของ PCB ในการผลิต บทความนี้สรุปเทคนิคการวิเคราะห์ความล้มเหลว XNUMX แบบเพื่อใช้อ้างอิง

กลไกและการวิเคราะห์สาเหตุของความล้มเหลวของ PCB

1. การตรวจสอบด้วยสายตา

การตรวจสอบลักษณะที่ปรากฏคือการตรวจสอบด้วยสายตาหรือใช้เครื่องมือง่ายๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์สามมิติ กล้องจุลทรรศน์โลหะวิทยา หรือแม้แต่แว่นขยาย เพื่อตรวจสอบลักษณะที่ปรากฏของ PCB และค้นหาชิ้นส่วนที่ชำรุดและหลักฐานทางกายภาพที่เกี่ยวข้อง หน้าที่หลักคือการค้นหาความล้มเหลวและตัดสินโหมดความล้มเหลวของ PCB เบื้องต้น การตรวจสอบลักษณะที่ปรากฏส่วนใหญ่จะตรวจสอบมลภาวะ PCB, การกัดกร่อน, ตำแหน่งของการระเบิดของบอร์ด, การเดินสายวงจรและความสม่ำเสมอของความล้มเหลว หากเป็นชุดหรือแต่ละส่วน ไม่ว่าจะกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งเสมอ ฯลฯ 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. เอ็กซ์เรย์ฟลูออโรสโคปี

สำหรับบางส่วนที่ไม่สามารถตรวจสอบได้จากลักษณะที่ปรากฏ รวมทั้งด้านในของ PCB ทะลุผ่านรูและข้อบกพร่องภายในอื่นๆ เราต้องใช้ระบบเอ็กซ์เรย์ฟลูออโรสโคปีเพื่อตรวจสอบ ระบบเอ็กซ์เรย์ฟลูออโรสโคปีคือการใช้ความหนาของวัสดุที่แตกต่างกันหรือความหนาแน่นของวัสดุที่แตกต่างกันของการดูดความชื้นของเอ็กซ์เรย์หรือการส่งผ่านของหลักการที่แตกต่างกันไปยังการถ่ายภาพ เทคโนโลยีนี้ใช้เพื่อตรวจสอบตำแหน่งของข้อบกพร่องในข้อต่อบัดกรี PCBA ผ่านข้อบกพร่องของรูและข้อบกพร่องในอุปกรณ์ BGA หรือ CSP ที่มีบรรจุภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นสูง 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. บทวิเคราะห์

การวิเคราะห์แบบสไลซ์เป็นกระบวนการในการได้มาซึ่งโครงสร้างตัดขวางของ PCB ผ่านการสุ่มตัวอย่าง โมเสก สไลซ์ การขัดเงา การกัดกร่อน การสังเกต และชุดวิธีการและขั้นตอนต่างๆ ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคของ PCB (ผ่านรู การเคลือบ ฯลฯ) สามารถหาได้จากการวิเคราะห์ชิ้น ซึ่งเป็นพื้นฐานที่ดีสำหรับการปรับปรุงคุณภาพต่อไป However, this method is destructive, once the slice is carried out, the sample will inevitably be destroyed; ในเวลาเดียวกัน วิธีการของความต้องการตัวอย่างสูง เวลาเตรียมตัวอย่างก็นาน ความจำเป็นในการฝึกอบรมบุคลากรด้านเทคนิคให้เสร็จสมบูรณ์ For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. การสแกนกล้องจุลทรรศน์อะคูสติก

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. ณ จุดนี้ กล้องจุลทรรศน์อะคูสติกสำหรับสแกนแสดงข้อได้เปรียบพิเศษในการตรวจจับ PCB ความหนาแน่นสูงหลายชั้นแบบไม่ทำลาย The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. การวิเคราะห์ไมโครอินฟราเรด

การวิเคราะห์ไมโครอินฟราเรดคืออินฟราเรดสเปกโทรสโกปีรวมกับวิธีการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ โดยใช้วัสดุที่แตกต่างกัน (ส่วนใหญ่เป็นอินทรียวัตถุ) บนหลักการของการดูดกลืนสเปกตรัมอินฟราเรด วิเคราะห์องค์ประกอบสารประกอบของวัสดุ ควบคู่ไปกับกล้องจุลทรรศน์ทำให้แสงที่มองเห็นได้และแสงอินฟราเรด ด้วยเส้นทางแสง ตราบใดที่อยู่ใต้ลานสายตา สามารถค้นหาการวิเคราะห์มลพิษอินทรีย์ ในกรณีที่ไม่มีกล้องจุลทรรศน์ อินฟราเรดสเปกโตรสโคปีสามารถวิเคราะห์เฉพาะตัวอย่างขนาดใหญ่เท่านั้น 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. การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด

การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เป็นหนึ่งในระบบการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขนาดใหญ่ที่มีประโยชน์มากที่สุดสำหรับการวิเคราะห์ความล้มเหลว หลักการทำงานของมันคือการสร้างลำอิเล็กตรอนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายหมื่นถึงหลายพันอังสตรอม (A) โดยการโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดที่เร่งด้วยแอโนด ภายใต้การกระทำของการโก่งตัวของคอยล์สแกน ลำแสงอิเล็กตรอนจะสแกนพื้นผิวของตัวอย่างทีละจุดในลำดับเวลาและพื้นที่ที่กำหนด ลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงพุ่งชนพื้นผิวของตัวอย่างและสร้างข้อมูลที่หลากหลาย ซึ่งสามารถรวบรวมและขยายเพื่อให้ได้กราฟิกที่เกี่ยวข้องต่างๆ บนหน้าจอแสดงผล 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. อิเล็กตรอนที่กระเจิงกระเจิงกลับถูกสร้างในช่วง 100 ~ 1000 นาโนเมตรบนพื้นผิวของตัวอย่าง และพวกมันจะปล่อยลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันออกไปพร้อมกับความแตกต่างของเลขอะตอมของสาร ดังนั้นภาพอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายกลับมีลักษณะทางสัณฐานวิทยาและความสามารถในการแยกแยะเลขอะตอม ดังนั้นภาพอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายกลับสามารถสะท้อนการกระจายตัวขององค์ประกอบทางเคมีได้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดในปัจจุบันมีประสิทธิภาพมาก โครงสร้างหรือลักษณะพื้นผิวที่ดีใดๆ สามารถขยายได้ถึงหลายแสนครั้งเพื่อการสังเกตและวิเคราะห์

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. นอกจากนี้ ระยะชัดลึกของภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดนั้นใหญ่กว่าระยะชัดลึกมาก ซึ่งเป็นวิธีที่สำคัญในการวิเคราะห์โครงสร้างทางโลหะวิทยา การแตกหักด้วยกล้องจุลทรรศน์และหนวดของดีบุก

7. X-ray energy spectrum analysis

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดที่กล่าวถึงข้างต้นมักติดตั้งเครื่องเอ็กซ์เรย์พลังงานสเปกโตรมิเตอร์ 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. ในเวลาเดียวกัน เครื่องมือที่เกี่ยวข้องจะเรียกว่าสเปกโตรมิเตอร์การกระจายสเปกตรัมตามลำดับ (WDS สำหรับระยะสั้น) และสเปกโตรมิเตอร์การกระจายพลังงาน (EDS สำหรับระยะสั้น) ตามลักษณะความยาวคลื่นหรือพลังงานเฉพาะของการตรวจจับสัญญาณเอ็กซ์เรย์ ความละเอียดของสเปกโตรมิเตอร์สูงกว่าของพลังงานสเปกโตรมิเตอร์ และความเร็วในการวิเคราะห์ของพลังงานสเปกโตรมิเตอร์เร็วกว่าของพลังงานสเปกโตรมิเตอร์ เนื่องจากเครื่องสเปกโตรมิเตอร์พลังงานความเร็วสูงและต้นทุนต่ำ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดทั่วไปจึงติดตั้งเครื่องสเปกโตรมิเตอร์พลังงาน

ด้วยโหมดการสแกนที่แตกต่างกันของลำแสงอิเล็กตรอน สเปกโตรมิเตอร์พลังงานสามารถวิเคราะห์จุด เส้น และระนาบของพื้นผิว และรับข้อมูลการกระจายขององค์ประกอบต่างๆPoint analysis yields all elements of a point; การวิเคราะห์เส้น การวิเคราะห์องค์ประกอบหนึ่งรายการจะดำเนินการในบรรทัดที่ระบุในแต่ละครั้ง และการกระจายเส้นขององค์ประกอบทั้งหมดได้มาจากการสแกนหลายครั้ง การวิเคราะห์พื้นผิว การวิเคราะห์องค์ประกอบทั้งหมดในพื้นผิวที่กำหนด ปริมาณองค์ประกอบที่วัดได้คือค่าเฉลี่ยของช่วงการวัดพื้นผิว

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. ความแม่นยำในการวิเคราะห์เชิงปริมาณของพลังงานสเปกโตรมิเตอร์มีจำกัด และเนื้อหาที่น้อยกว่า 0.1% โดยทั่วไปไม่ง่ายที่จะตรวจพบ การรวมกันของสเปกตรัมพลังงานและ SEM สามารถรับข้อมูลของสัณฐานวิทยาพื้นผิวและองค์ประกอบได้พร้อมกัน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

8. การวิเคราะห์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS)

ตัวอย่างโดยการฉายรังสีเอกซ์ พื้นผิวของอิเล็กตรอนของเปลือกชั้นในของอะตอมจะหลุดพ้นจากพันธะของนิวเคลียสและการก่อตัวของพื้นผิวที่เป็นของแข็ง โดยวัดพลังงานจลน์ของ Ex อิเล็กตรอนของเปลือกชั้นในของอะตอมสามารถรับพลังงานยึดเหนี่ยวของอะตอมได้ Eb, Eb แตกต่างกันไปตามธาตุและเปลือกอิเล็กตรอนที่แตกต่างกัน มันคือ “ลายนิ้วมือ” ของพารามิเตอร์การระบุอะตอม การก่อตัวของเส้นสเปกตรัมคือโฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS) XPS สามารถใช้สำหรับการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณขององค์ประกอบบนพื้นผิวตื้น (หลายนาโนเมตร) ของพื้นผิวตัวอย่าง นอกจากนี้ ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะเวเลนซ์ทางเคมีของธาตุสามารถหาได้จากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของพลังงานยึดเหนี่ยว มันสามารถให้ข้อมูลของพันธะระหว่างสถานะเวเลนซ์ของชั้นผิวและองค์ประกอบโดยรอบ 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; มัลติเลเยอร์สามารถวิเคราะห์ตามยาวได้โดยการปอกไอออนอาร์กอน (ดูกรณีด้านล่าง) ด้วยความไวที่สูงกว่าสเปกตรัมพลังงาน (EDS) อย่างมาก XPS ส่วนใหญ่จะใช้ในการวิเคราะห์การวิเคราะห์คุณภาพการเคลือบ PCB การวิเคราะห์มลภาวะและการวิเคราะห์ระดับการเกิดออกซิเดชัน เพื่อที่จะระบุสาเหตุเชิงลึกของการเชื่อมที่ไม่ดี

9. Differential Scanning Calorim-etry

วิธีการวัดความแตกต่างของกำลังไฟฟ้าเข้าระหว่างสารและสารอ้างอิงตามฟังก์ชันของอุณหภูมิ (หรือเวลา) ภายใต้การควบคุมอุณหภูมิที่ตั้งโปรแกรมไว้ 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)

การวิเคราะห์ทางกลเชิงความร้อนใช้เพื่อวัดคุณสมบัติการเปลี่ยนรูปของของแข็ง ของเหลว และเจลภายใต้แรงทางความร้อนหรือทางกลภายใต้การควบคุมอุณหภูมิที่ตั้งโปรแกรมไว้ วิธีการรับน้ำหนักที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การบีบอัด การใส่พิน การยืด การดัด ฯลฯ โพรบทดสอบประกอบด้วยการยึดกับคานคานและส่วนรองรับสปริงแบบเกลียว ผ่านมอเตอร์ของโหลดที่ใช้ เมื่อเกิดการเสียรูปของชิ้นงานทดสอบ หม้อแปลงไฟฟ้าแบบดิฟเฟอเรนเชียลเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลง และร่วมกับการประมวลผลข้อมูล เช่น อุณหภูมิ ความเค้น และความเครียดหลัง วัสดุสามารถรับได้ภายใต้ความสัมพันธ์การเปลี่ยนรูปโหลดเล็กน้อยกับอุณหภูมิ (หรือเวลา) ตามความสัมพันธ์ระหว่างการเสียรูปและอุณหภูมิ (หรือเวลา) สามารถศึกษาและวิเคราะห์คุณสมบัติทางเคมีกายภาพและอุณหพลศาสตร์ของวัสดุได้ TMA ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์ PCB และส่วนใหญ่ใช้ในการวัดพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดสองประการของ PCB: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นและอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว PCB ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวมากเกินไปมักจะนำไปสู่การแตกหักของรูที่เป็นโลหะหลังจากการเชื่อมและการประกอบ