Будучи носієм різних компонентів і хабом ланцюгової передачі сигналу, Друкована плата стала найважливішою та ключовою частиною електронної інформаційної продукції, її якість та рівень надійності визначають якість та надійність всього обладнання. Однак у зв’язку з вартісними та технічними причинами у виробництві та застосуванні друкованих плат існує багато проблем.

Для такого роду проблем з відмовою нам потрібно використовувати деякі часто використовувані методи аналізу відмов, щоб забезпечити якість та рівень надійності друкованої плати у виробництві. У цьому документі узагальнено десять методів аналізу відмов для довідки.

Механізм та аналіз причин пошкодження друкованої плати

1. Візуальний огляд

Перевірка зовнішнього вигляду полягає у візуальному огляді або використанні деяких простих інструментів, таких як стереоскопічний мікроскоп, металографічний мікроскоп або навіть збільшувальне скло, щоб перевірити зовнішній вигляд друкованої плати та знайти пошкоджені частини та відповідні речові докази. Основною функцією є визначення несправності та попереднє оцінювання режиму несправності друкованої плати. Перевірка зовнішнього вигляду в основному перевіряє забруднення друкованої плати, корозію, місце вибуху плати, електропроводку та регулярність несправності, якщо вона пакетна або окрема, чи завжди вона зосереджена на певній території тощо. 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. Рентгенівська флюороскопія

Для деяких деталей, які неможливо перевірити за зовнішнім виглядом, а також зсередини друкованої плати через отвір та інші внутрішні дефекти, нам доводиться використовувати систему рентгенівської флюороскопії для перевірки. Система рентгенівської флюороскопії-це використання різної товщини матеріалу або різної щільності матеріалу для рентгенівської гігроскопічності або пропускання різних принципів до зображення. Ця технологія більше використовується для перевірки розташування дефектів у паяних з’єднаннях PCBA, через дефекти отворів та дефекти в пристроях BGA або CSP з упаковкою високої щільності. 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. Розділ аналізу

Аналіз зрізів – це процес отримання структури поперечного перерізу друкованої плати шляхом відбору проб, мозаїки, зрізів, полірування, корозії, спостереження та низки методів та етапів. Велику інформацію про мікроструктуру друкованої плати (через отвір, покриття тощо) можна отримати за допомогою аналізу зрізів, що дає хорошу основу для наступного поліпшення якості. However, this method is destructive, once the slice is carried out, the sample will inevitably be destroyed; У той же час, вимоги до методу вибірки високі, час підготовки зразка також тривалий, необхідність проходження підготовки технічного персоналу. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Скануючий акустичний мікроскоп

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. На цьому етапі скануючий акустичний мікроскоп показує свою особливу перевагу в неруйнівному виявленні багатошарової друкованої плати високої щільності. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Мікроінфрачервоний аналіз

Мікро -інфрачервоний аналіз полягає в інфрачервоній спектроскопії в поєднанні з методом аналізу мікроскопа, він використовує різні матеріали (переважно органічні речовини) за принципом поглинання інфрачервоного спектра, аналізуючи склад складів матеріалів, у поєднанні з мікроскопом можна зробити видиме світло та інфрачервоне світло за допомогою світлового шляху, поки під полем зору, можна шукати аналіз слідів органічних забруднювачів. За відсутності мікроскопа інфрачервона спектроскопія зазвичай може аналізувати лише великі зразки. 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. Аналіз скануючої електронної мікроскопії

Скануючий електронний мікроскоп (СЕМ)-одна з найбільш корисних широкомасштабних електронно-мікроскопічних систем візуалізації для аналізу відмов. Його принцип роботи полягає у формуванні електронного пучка діаметром від десятків до тисяч ангстрем (А) шляхом фокусування електронного пучка, що випромінюється від катода, прискореного анодом. Під дією відхилення котушки сканування, Електронний промінь сканує поверхню вибірки точка за точкою в певному порядку часу та простору. Високоенергетичний електронний промінь бомбардує поверхню зразка і генерує різноманітну інформацію, яку можна зібрати та посилити, щоб отримати різну відповідну графіку на екрані дисплея. 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. Збуджені зворотно -розсіяні електрони генеруються в діапазоні 100 ~ 1000 нм на поверхні зразка і випромінюють різні характеристики з різницею атомного номера речовини. Таким чином, зображення електронного зворотного розсіяння має морфологічні характеристики та здатність дискримінувати атомні номери, а отже, зображення електронного розсіювання може відображати розподіл хімічних елементів. Нинішній скануючий електронний мікроскоп був дуже потужним, будь -яку тонку структуру або особливості поверхні можна збільшити до сотень тисяч разів для спостереження та аналізу.

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. Крім того, глибина різкості зображення скануючого електронного мікроскопа набагато більша, ніж оптичного мікроскопа, що є важливим методом для аналізу металографічної структури, мікроскопічного руйнування та олов’яних вусів.

7. X-ray energy spectrum analysis

Зазначена вище скануюча електронна мікроскопія зазвичай оснащена рентгенівським енергетичним спектрометром. 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 той же час відповідні прилади відповідно називаються спектрометричним спектрометром спектра (коротко WDS) та спектрометром дисперсії енергії (скорочення EDS) відповідно до характерної довжини хвилі або характерної енергії виявлення рентгенівського сигналу. Роздільна здатність спектрометра вища, ніж у енергетичного спектрометра, а швидкість аналізу енергетичного спектрометра вища, ніж у енергоспектрометра. Через високу швидкість та низьку вартість енергетичних спектрометрів загальна електронна мікроскопія SCANNING оснащена енергетичними спектрометрами.

За допомогою різних режимів сканування електронного променя енергетичний спектрометр може аналізувати точку, лінію та площину поверхні та отримувати інформацію про різний розподіл елементів.Point analysis yields all elements of a point; Лінійний аналіз Щоразу на певній лінії виконується один елементний аналіз, а лінійний розподіл усіх елементів отримується шляхом багаторазового сканування. Аналіз поверхні Аналіз усіх елементів на даній поверхні. Вміст вимірюваного елемента – це середнє значення діапазону вимірювань поверхні.

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. Точність кількісного аналізу енергетичного спектрометра обмежена, і вміст менше 0.1%, як правило, виявити непросто. Поєднання енергетичного спектру та РЕМ може одночасно отримати інформацію про морфологію та склад поверхні, що є причиною їх широкого використання.

8. Аналіз фотоелектронної спектроскопії (XPS)

Зразки шляхом опромінення рентгенівськими променями, поверхня електронів внутрішньої оболонки атома вирветься із зв’язку ядра та утворить поверхню твердої речовини, вимірюючи його кінетичну енергію Ex, з електронів внутрішньої оболонки атома можна отримати енергію зв’язку Eb, Eb змінювалися в залежності від різних елементів та різної електронної оболонки, це «відбитки пальців» параметрів ідентифікації атома, формування спектральної лінії – це фотоелектронна спектроскопія (XPS). XPS може бути використаний для якісного та кількісного аналізу елементів на неглибокій поверхні (кілька нанометрів) поверхні зразка. Крім того, інформацію про хімічні валентні стани елементів можна отримати за допомогою хімічних зсувів енергії зв’язку. Він може дати інформацію про зв’язок між валентним станом поверхневого шару та навколишніми елементами. 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; Багатошарові також можна аналізувати поздовжньо шляхом видалення іонів аргону (див. Випадок нижче) з набагато більшою чутливістю, ніж енергетичний спектр (ЕДС). XPS в основному використовується для аналізу аналізу якості покриттів з ПХБ, аналізу забруднення та аналізу ступеня окислення, щоб визначити глибинні причини поганої зварюваності.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Метод вимірювання різниці вхідної потужності між речовиною та контрольною речовиною як функція температури (або часу) за запрограмованого контролю температури. 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)

Термомеханічний аналіз використовується для вимірювання деформаційних властивостей твердих тіл, рідин і гелів під дією теплових або механічних сил за запрограмованого контролю температури. Загальноприйняті методи навантаження включають стиснення, вставлення штифтів, розтягування, згинання тощо. Випробувальний зонд складається із закріпленого на консольній балці та гвинтової пружинної опори через двигун прикладеного навантаження, коли відбувається деформація зразка, диференціального трансформатора для виявлення змін, а також разом з обробкою даних, такими як температура, напруга та деформація після матеріал можна отримати за незначних співвідношень деформації навантаження з температурою (або часом). Відповідно до залежності між деформацією та температурою (або часом), фізико -хімічні та термодинамічні властивості матеріалів можна вивчати та аналізувати. ТМА широко використовується в аналізі друкованої плати і в основному використовується для вимірювання двох найважливіших параметрів друкованої плати: коефіцієнта лінійного розширення та температури скляного переходу. Друкована плата з занадто великим коефіцієнтом розширення часто призводить до руйнування металізованих отворів після зварювання та монтажу.