As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB elektronik bilgi ürünlerinin en önemli ve kilit parçası haline gelmiştir, kalitesi ve güvenilirlik düzeyi tüm ekipmanın kalitesini ve güvenilirliğini belirlemektedir. Ancak maliyet ve teknik nedenlerden dolayı PCB üretimi ve uygulamasında çok sayıda arıza sorunu yaşanmaktadır.

Bu tür bir arıza problemi için, üretimde PCB’nin kalite ve güvenilirlik seviyesini sağlamak için yaygın olarak kullanılan bazı arıza analiz tekniklerini kullanmamız gerekiyor. Bu makale, referans olması açısından on arıza analizi tekniğini özetlemektedir.

PCB arızasının mekanizması ve neden analizi

1. Görsel inceleme

Görünüm incelemesi, PCB’nin görünümünü kontrol etmek ve arızalı parçaları ve ilgili fiziksel kanıtları bulmak için stereoskopik mikroskop, metalografik mikroskop ve hatta büyüteç gibi bazı basit aletleri görsel olarak incelemek veya kullanmaktır. Ana işlev, arızayı bulmak ve PCB’nin arıza modunu önceden değerlendirmektir. Görünüm denetimi esas olarak PCB kirliliğini, korozyonu, kart patlamasının yerini, devre kablolarını ve arızanın düzenliliğini, toplu veya bireysel olup olmadığını, her zaman belirli bir alanda yoğunlaşıp yoğunlaşmadığını vb. kontrol eder. 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-ışını floroskopisi

Görünüşe göre kontrol edilemeyen bazı parçalar ve PCB’nin açık deliği ve diğer iç kusurları için kontrol etmek için X-ışını floroskopi sistemi kullanmamız gerekir. X-ışını floroskopi sistemi, farklı malzeme kalınlıklarının veya farklı malzeme yoğunluğunun X-ışını higroskopikliğinin veya farklı prensiplerin görüntülemeye iletilmesinin kullanılmasıdır. Bu teknoloji daha çok PCBA lehim bağlantılarındaki, delik kusurları ve yüksek yoğunluklu ambalajlı BGA veya CSP cihazlarındaki kusurların yerini kontrol etmek için kullanılır. 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. Bölüm analizi

Dilim analizi, örnekleme, Mozaik, dilim, cilalama, korozyon, gözlem ve bir dizi yöntem ve adım yoluyla PCB kesit yapısının elde edilmesi işlemidir. 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; Aynı zamanda, numune gereksinimleri yöntemi yüksektir, numune hazırlama süresi de uzundur, eğitimli teknik personele ihtiyaç duyulmaktadır. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Taramalı akustik 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. Bu noktada, taramalı akustik mikroskop, çok katmanlı yüksek yoğunluklu PCB’nin tahribatsız tespitinde özel avantajını gösterir. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Mikro kızılötesi analiz

Mikro kızılötesi analiz, mikroskop analiz yöntemiyle birleştirilmiş kızılötesi spektroskopidir, kızılötesi spektrum absorpsiyonu ilkesine göre farklı malzemeler (çoğunlukla organik madde) kullanır, malzemelerin bileşik bileşimini analiz eder, mikroskopla birleştiğinde görünür ışık ve kızılötesi ışık yapabilir ışık yolu ile, görme alanı altında olduğu sürece, iz organik kirleticilerin analizini arayabilirsiniz. Mikroskobun yokluğunda, kızılötesi spektroskopi genellikle yalnızca büyük numuneleri analiz edebilir. 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. Taramalı elektron mikroskobu analizi

Taramalı elektron mikroskobu (SEM), arıza analizi için en kullanışlı büyük ölçekli elektron mikroskobik görüntüleme sistemlerinden biridir. Çalışma prensibi, anot tarafından hızlandırılan katottan yayılan elektron ışınını odaklayarak on binlerce angstrom (A) çapında bir elektron ışını oluşturmaktır. Tarama bobininin saptırma etkisi altında, Elektron ışını, belirli bir zaman ve uzay düzeninde numunenin yüzeyini nokta nokta tarar. Yüksek enerjili elektron ışını, numunenin yüzeyini bombalar ve ekranda çeşitli karşılık gelen grafikler elde etmek için toplanabilen ve güçlendirilebilen çeşitli bilgiler üretir. 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. Numune yüzeyinde 100 ~ 1000 nm aralığında uyarılmış geri saçılan elektronlar üretilir ve maddenin atom numarası farkı ile farklı özellikler yayarlar. Bu nedenle, geri saçılan elektron görüntüsü morfolojik özelliklere ve atom numarası ayırt etme yeteneğine sahiptir ve bu nedenle geri saçılan elektron görüntüsü kimyasal elementlerin dağılımını yansıtabilir. Mevcut taramalı elektron mikroskobu çok güçlüydü, herhangi bir ince yapı veya yüzey özelliği, gözlem ve analiz için yüz binlerce kez büyütülebilir.

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. Ayrıca taramalı elektron mikroskobu görüntüsünün alan derinliği, metalografik yapının, mikroskobik kırılmanın ve teneke bıyıkların analizi için önemli bir yöntem olan optik mikroskoba göre çok daha büyüktür.

7. X-ray energy spectrum analysis

Yukarıda bahsedilen taramalı elektron mikroskobu genellikle bir X-ışını enerji spektrometresi ile donatılmıştır. 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. Aynı zamanda, X-ışını sinyali algılamanın karakteristik dalga boyuna veya karakteristik enerjisine göre karşılık gelen cihazlar sırasıyla spektrum dağılım spektrometresi (kısaca WDS) ve enerji dağılım spektrometresi (kısaca EDS) olarak adlandırılır. Spektrometrenin çözünürlüğü, enerji spektrometresinden daha yüksektir ve enerji spektrometresinin analiz hızı, enerji spektrometresinden daha hızlıdır. Enerji spektrometrelerinin yüksek hızı ve düşük maliyeti nedeniyle, genel SCANNING elektron mikroskobu, enerji spektrometreleri ile donatılmıştır.

Elektron ışınının farklı tarama modu ile enerji spektrometresi, yüzeyin noktasını, çizgisini ve düzlemini analiz edebilir ve farklı element dağılımları hakkında bilgi elde edebilir.Point analysis yields all elements of a point; Hat analizi Belirli bir hat üzerinde her seferinde bir eleman analizi yapılır ve çoklu tarama ile tüm elemanların hat dağılımı elde edilir. Yüzey analizi Belirli bir yüzeydeki tüm elementlerin analizi. Ölçülen eleman içeriği, yüzey ölçüm aralığının ortalamasıdır.

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. Enerji spektrometresinin kantitatif analiz doğruluğu sınırlıdır ve %0.1’den az içeriğin tespit edilmesi genellikle kolay değildir. Enerji spektrumu ve SEM’in kombinasyonu, yüzey morfolojisi ve bileşimi bilgilerini aynı anda elde edebilir, bu nedenle yaygın olarak kullanılırlar.

8. Fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizi

X ışını ışıması ile numuneler, atomun iç kabuk elektronlarının çekirdeğin esaretinden kurtulacağı ve katı yüzeyi oluşturan, kinetik enerjisinin ölçülmesiyle Ex, atomun iç kabuk elektronlarının bağlanma enerjisi elde edilebilir. Eb, Eb, farklı elementlerden ve farklı elektron kabuğundan değişir, atom tanımlama parametrelerinin “parmak izleri”, spektral çizginin oluşumu fotoelektron spektroskopisidir (XPS). XPS, numune yüzeyinin sığ yüzeyindeki (birkaç nanometre) elementlerin kalitatif ve kantitatif analizi için kullanılabilir. Ek olarak, elementlerin kimyasal değerlik durumları hakkında bilgi, bağlanma enerjisinin kimyasal kaymalarından elde edilebilir. Yüzey tabakasının değerlik durumu ile çevreleyen elementler arasındaki bağın bilgisini verebilir. 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; Çok katmanlılar, enerji spektrumundan (EDS) çok daha büyük bir hassasiyetle argon iyon sıyırma (aşağıdaki duruma bakınız) ile uzunlamasına olarak da analiz edilebilir. XPS, zayıf kaynaklanabilirliğin derin nedenini belirlemek için esas olarak PCB kaplama kalite analizi, kirlilik analizi ve oksidasyon derecesi analizinde kullanılır.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Programlanmış sıcaklık kontrolü altında sıcaklığın (veya zamanın) bir fonksiyonu olarak bir madde ile bir referans madde arasındaki güç girdisindeki farkı ölçme yöntemi. 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 probu, numune deformasyonu meydana geldiğinde, uygulanan yükün motoru aracılığıyla konsol kiriş ve sarmal yay desteğine sabitlenmiş, değişimi tespit etmek için diferansiyel transformatör ve sıcaklık, stres ve gerinim gibi veri işleme ile birlikte oluşur. malzeme, sıcaklık (veya zaman) ile ihmal edilebilir yük deformasyon ilişkileri altında elde edilebilir. Deformasyon ve sıcaklık (veya zaman) arasındaki ilişkiye göre, malzemelerin fizikokimyasal ve termodinamik özellikleri incelenebilir ve analiz edilebilir. TMA, PCB analizinde yaygın olarak kullanılır ve esas olarak PCB’nin en kritik iki parametresinin ölçülmesinde kullanılır: doğrusal genleşme katsayısı ve cam geçiş sıcaklığı. Çok büyük genleşme katsayısına sahip PCB, genellikle kaynak ve montajdan sonra metalize deliklerin kırılma hatasına yol açacaktır.