As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB ay naging pinakamahalaga at pangunahing bahagi ng mga produktong elektronikong impormasyon, ang antas ng kalidad at pagiging maaasahan nito ay tumutukoy sa kalidad at pagiging maaasahan ng buong kagamitan. Gayunpaman, dahil sa gastos at panteknikal na mga kadahilanan, maraming mga problema sa pagkabigo sa paggawa at aplikasyon ng PCB.

Para sa ganitong uri ng problema sa pagkabigo, kailangan naming gumamit ng ilang karaniwang ginagamit na mga diskarte sa pagsusuri ng kabiguan upang matiyak ang kalidad at antas ng pagiging maaasahan ng PCB sa pagmamanupaktura. Ang papel na ito ay nagbubuod ng sampung mga diskarte sa pagtatasa ng kabiguan para sa sanggunian.

Mekanismo at sanhi ng pagtatasa ng pagkabigo ng PCB

1. Isang visual na inspeksyon

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. Pangunahing pagsisiyasat sa hitsura ang pagsusuri sa polusyon sa PCB, kaagnasan, lokasyon ng pagsabog ng board, mga kable ng circuit at regularidad ng pagkabigo, kung ito ay batch o indibidwal, kung palagi itong nakatuon sa isang tiyak na lugar, atbp. 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. X-ray fluoroscopy

Para sa ilang mga bahagi na hindi masuri ng hitsura, pati na rin sa loob ng PCB sa pamamagitan ng butas at iba pang mga panloob na depekto, kailangan naming gumamit ng X-ray fluoroscopy system upang suriin. Ang X-ray fluoroscopy system ay ang paggamit ng iba’t ibang kapal ng materyal o iba’t ibang materyal na density ng X-ray hygroscopicity o pagpapadala ng iba’t ibang mga prinsipyo sa imaging. Ang teknolohiyang ito ay mas ginagamit upang suriin ang lokasyon ng mga depekto sa PCBA solder joint, sa pamamagitan ng mga hole defect at depekto sa mga aparato ng BGA o CSP na may mataas na density na packaging. 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. Pagsusuri sa seksyon

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; Sa parehong oras, ang pamamaraan ng mga kinakailangan sa sample ay mataas, ang sample ng oras ng paghahanda ay mahaba din, ang pangangailangan para sa mga bihasang teknikal na tauhan upang makumpleto. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Pag-scan ng acoustic microscope

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. Sa puntong ito, ipinapakita ng pag-scan ng acoustic microscope ang espesyal na bentahe nito sa nondestructive detection ng multi-layer high-density PCB. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Pagsusuri ng microinfrared

Ang pagtatasa ng micro infrared ay ang infrared spectroscopy na sinamahan ng microscope analysis method, gumagamit ito ng iba’t ibang materyal (pangunahin ang organikong bagay) sa prinsipyo ng infrared spectrum na pagsipsip, pinag-aaralan ang compound ng komposisyon ng mga materyales, kaisa ng microscope ay maaaring makagawa ng ilaw at infrared light. na may ilaw na landas, hangga’t sa ilalim ng visual na patlang, maaaring maghanap para sa pagtatasa ng mga trace organikong pollutant. Sa kawalan ng isang mikroskopyo, ang infrared spectroscopy ay maaaring pag-aralan lamang ang malalaking mga sample. 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. Pagsusuri sa pagsusuri ng electron microscopy

Ang pag-scan ng electron microscope (SEM) ay isa sa mga pinaka kapaki-pakinabang na malakihang electron microscopic imaging system para sa pagtatasa ng pagkabigo. Ang prinsipyo ng pagtatrabaho nito ay upang bumuo ng isang electron beam na may diameter na sampu hanggang libu-libong mga angstroms (A) sa pamamagitan ng pagtuon ng electron beam na pinalabas mula sa cathode na pinabilis ng anode. Sa ilalim ng pagkilos ng pagpapalihis ng pag-scan ng coil, Sinusuri ng electron beam ang ibabaw ng sample point sa pamamagitan ng punto sa isang tiyak na oras at pagkakasunud-sunod ng puwang. Ang mataas na enerhiya na electron beam ay nagbomba sa ibabaw ng sample at bumubuo ng iba’t ibang impormasyon, na maaaring makolekta at mapalakas upang makakuha ng iba’t ibang mga kaukulang graphics sa display screen. 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. Ang nasasabik na mga backscattered electron ay nabuo sa saklaw na 100 ~ 1000nm sa ibabaw ng sample, at naglalabas sila ng iba’t ibang mga katangian sa pagkakaiba ng bilang ng atomic ng sangkap. Samakatuwid, ang backscattered electron image ay may mga katangian na morphologic at kakayahan sa diskriminasyon ng bilang ng atomic, at samakatuwid, ang backscattered electron image ay maaaring ipakita ang pamamahagi ng mga elemento ng kemikal. Ang kasalukuyang pag-scan ng electron microscope ay napakalakas, ang anumang pinong istraktura o mga tampok sa ibabaw ay maaaring mapalaki sa daan-daang libong beses para sa pagmamasid at pagsusuri.

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. Bilang karagdagan, ang lalim ng patlang ng imahe ng pag-scan ng electron microscope ay mas malaki kaysa sa optikal na mikroskopyo, na isang mahalagang pamamaraan para sa pagtatasa ng istrakturang metallographic, mikroskopiko na bali at mga balbas ng lata.

7. X-ray energy spectrum analysis

Ang nabanggit sa itaas na pag-scan ng electron microscopy ay karaniwang nilagyan ng X-ray energy spectrometer. 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. Sa parehong oras, ang mga kaukulang instrumento ay ayon sa pagkakabanggit na tinatawag na spectrum dispersion spectrometer (WDS para sa maikli) at enerhiya dispersion spectrometer (EDS para sa maikli) ayon sa katangian na haba ng daluyong o katangian na enerhiya ng pagtuklas ng signal ng X-ray. Ang resolusyon ng spectrometer ay mas mataas kaysa sa spectrometer ng enerhiya, at ang bilis ng pag-aaral ng spectrometer ng enerhiya ay mas mabilis kaysa sa spectrometer ng enerhiya. Dahil sa mataas na bilis at mababang halaga ng mga spectrometers ng enerhiya, ang pangkalahatang SCANNING electron microscopy ay nilagyan ng mga spectrometers ng enerhiya.

Gamit ang iba’t ibang mode ng pag-scan ng electron beam, maaaring pag-aralan ng spectrometer ng enerhiya ang punto, linya at eroplano sa ibabaw, at makuha ang impormasyon ng iba’t ibang pamamahagi ng mga elemento.Point analysis yields all elements of a point; Pagsusuri sa linya Isang pagsusuri ng elemento ang ginaganap sa isang tinukoy na linya sa bawat oras, at ang pamamahagi ng linya ng lahat ng mga elemento ay nakuha ng maraming pag-scan. Pagsusuri sa ibabaw Ang pagtatasa ng lahat ng mga elemento sa isang naibigay na ibabaw. Ang sinusukat na nilalaman ng elemento ay ang average ng saklaw ng mga sukat sa ibabaw.

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. Ang dami ng katumpakan ng pagtatasa ng spectrometer ng enerhiya ay limitado, at ang nilalaman na mas mababa sa 0.1% sa pangkalahatan ay hindi madaling makita. Ang kumbinasyon ng spectrum ng enerhiya at SEM ay maaaring makakuha ng impormasyon ng pang-ibabaw na morpolohiya at komposisyon nang sabay-sabay, na siyang dahilan kung bakit malawak silang ginagamit.

8. Pagsusuri sa photoelectron spectroscopy (XPS)

Ang mga sample ng pag-iilaw ng X ray, ang ibabaw ng panloob na mga electron ng shell ng atom ay makakatakas mula sa pagkaalipin ng punong-bakal at solidong ibabaw na bumubuo, pagsukat ng lakas na kinetiko nito ng Ex, ang panloob na mga electron ng shell ng atom ay maaaring makuha ang umiiral na lakas ng Ang Eb, Eb ay iba-iba mula sa iba’t ibang mga elemento at iba’t ibang mga shell ng electron, ito ang “mga fingerprint” ng mga parameter ng pagkilala ng atom, ang pagbuo ng linya ng spectral ay ang photoelectron spectroscopy (XPS). Maaaring gamitin ang XPS para sa husay at dami ng pagsusuri ng mga elemento sa mababaw na ibabaw (maraming mga nanometers) ng sample na ibabaw. Bilang karagdagan, ang impormasyon tungkol sa mga estado ng kemikal na valence ng mga elemento ay maaaring makuha mula sa mga paglilipat ng kemikal ng umiiral na enerhiya. Maaari itong magbigay ng impormasyon ng bono sa pagitan ng estado ng valence ng ibabaw na layer at ng mga nakapaligid na elemento. 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). Pangunahing ginagamit ang XPS sa pagtatasa ng pagtatasa ng kalidad ng patong PCB, pagtatasa ng polusyon at pagtatasa ng degree ng oksihenasyon, upang matukoy ang malalim na dahilan ng mahinang kakayahang mag-welding.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Isang paraan ng pagsukat ng pagkakaiba sa input ng kuryente sa pagitan ng isang sangkap at isang sanggunian na sangkap bilang isang pagpapaandar ng temperatura (o oras) sa ilalim ng naka-program na kontrol sa temperatura. 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. Ang PCB na may masyadong malaking koepisyent ng pagpapalawak ay madalas na humantong sa pagkabigo ng bali ng mga metallized na butas pagkatapos ng hinang at pagpupulong.