As the carrier of various components and the hub of circuit signal transmission, PCB đã trở thành bộ phận quan trọng và chủ chốt nhất của các sản phẩm thông tin điện tử, chất lượng và mức độ tin cậy của nó quyết định chất lượng và độ tin cậy của toàn bộ thiết bị. Tuy nhiên, vì lý do chi phí và kỹ thuật, có rất nhiều vấn đề hỏng hóc trong quá trình sản xuất và ứng dụng PCB.

Đối với loại sự cố hư hỏng này, chúng ta cần sử dụng một số kỹ thuật phân tích hư hỏng thường được sử dụng để đảm bảo chất lượng và mức độ tin cậy của PCB trong sản xuất. Bài báo này tóm tắt mười kỹ thuật phân tích thất bại để tham khảo.

Phân tích cơ chế và nguyên nhân của lỗi PCB

1. Kiểm tra trực quan

Kiểm tra bề ngoài là kiểm tra trực quan hoặc sử dụng một số dụng cụ đơn giản, chẳng hạn như kính hiển vi soi nổi, kính hiển vi kim loại học hoặc thậm chí kính lúp, để kiểm tra sự xuất hiện của PCB và tìm các bộ phận bị lỗi và các bằng chứng vật lý liên quan. Chức năng chính là xác định vị trí hư hỏng và đánh giá sơ bộ chế độ hỏng hóc của PCB. Kiểm tra bề ngoài chủ yếu kiểm tra ô nhiễm PCB, sự ăn mòn, vị trí của vụ nổ bo mạch, hệ thống dây điện và mức độ thường xuyên của lỗi, nếu nó là hàng loạt hoặc riêng lẻ, liệu nó có luôn tập trung ở một khu vực nhất định hay không, v.v. 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. Nội soi huỳnh quang tia X

Đối với một số bộ phận không thể kiểm tra bằng hình thức bên ngoài, cũng như bên trong PCB bị thủng lỗ và các khuyết tật bên trong khác, chúng tôi phải sử dụng hệ thống soi huỳnh quang tia X để kiểm tra. Hệ thống soi huỳnh quang tia X là việc sử dụng độ dày vật liệu khác nhau hoặc mật độ vật liệu khác nhau của tính hút ẩm hoặc truyền tia X của các nguyên tắc khác nhau để hình ảnh. Công nghệ này được sử dụng nhiều hơn để kiểm tra vị trí của các khuyết tật trong mối hàn PCBA, thông qua các khuyết tật lỗ và khuyết tật trong các thiết bị BGA hoặc CSP với bao bì mật độ cao. 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. Phân tích phần

Phân tích lát cắt là quá trình thu được cấu trúc tiết diện PCB thông qua lấy mẫu, khảm, cắt lát, đánh bóng, ăn mòn, quan sát và một loạt các phương pháp và bước. 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; Đồng thời, phương pháp yêu cầu mẫu cao, thời gian chuẩn bị mẫu cũng lâu, cần nhân viên kỹ thuật được đào tạo hoàn thiện. For detailed slicing procedures, please refer to IPC standards IPC-TM-650 2.1.1 and IPC-MS-810.

4. Kính hiển vi âm thanh quét

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. Tại thời điểm này, kính hiển vi âm thanh quét cho thấy lợi thế đặc biệt của nó trong việc phát hiện không phá hủy PCB mật độ cao nhiều lớp. The general obvious bursting plate can be detected by visual inspection.

5. Phân tích vi khung

Phân tích vi hồng ngoại là quang phổ hồng ngoại kết hợp với phương pháp phân tích kính hiển vi, nó sử dụng các vật liệu khác nhau (chủ yếu là chất hữu cơ) trên nguyên tắc hấp thụ quang phổ hồng ngoại, phân tích thành phần hợp chất của vật liệu, cùng với kính hiển vi có thể tạo ra ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng hồng ngoại với đường dẫn ánh sáng, miễn là dưới trường thị giác, có thể tìm kiếm phân tích các chất ô nhiễm hữu cơ vi lượng. Trong trường hợp không có kính hiển vi, phổ hồng ngoại thường chỉ có thể phân tích các mẫu lớn. 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. Phân tích kính hiển vi điện tử quét

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một trong những hệ thống hình ảnh hiển vi điện tử quy mô lớn hữu ích nhất để phân tích hư hỏng. Nguyên lý hoạt động của nó là tạo thành chùm điện tử có đường kính từ hàng chục đến hàng nghìn angstrom (A) bằng cách tập trung chùm điện tử phát ra từ cực âm được gia tốc bởi cực dương. Dưới tác động làm lệch cuộn dây quét, Chùm điện tử quét từng điểm trên bề mặt mẫu theo một trật tự không gian và thời gian nhất định. Chùm điện tử năng lượng cao bắn phá bề mặt của mẫu và tạo ra nhiều loại thông tin, có thể được thu thập và khuếch đại để có được nhiều hình ảnh tương ứng khác nhau trên màn hình hiển thị. 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. Các điện tử tán xạ ngược kích thích được tạo ra trong phạm vi 100 ~ 1000nm trên bề mặt của mẫu, và chúng phát ra các đặc điểm khác nhau với sự khác biệt về số nguyên tử của chất. Do đó, ảnh electron tán xạ ngược có đặc điểm hình thái và khả năng phân biệt số hiệu nguyên tử, và do đó, ảnh electron tán xạ ngược có thể phản ánh sự phân bố của các nguyên tố hóa học. Kính hiển vi điện tử quét hiện nay rất mạnh mẽ, bất kỳ cấu trúc nhỏ hoặc đặc điểm bề mặt nào đều có thể được phóng đại lên hàng trăm nghìn lần để quan sát và phân tích.

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. Ngoài ra, độ sâu trường ảnh của kính hiển vi điện tử quét lớn hơn nhiều so với kính hiển vi quang học, đây là một phương pháp quan trọng để phân tích cấu trúc kim loại, đứt gãy hiển vi và râu thiếc.

7. X-ray energy spectrum analysis

Kính hiển vi điện tử quét nói trên thường được trang bị một máy quang phổ năng lượng tia X. 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. Đồng thời, các dụng cụ tương ứng lần lượt được gọi là máy quang phổ tán sắc (viết tắt là WDS) và máy quang phổ tán sắc năng lượng (viết tắt là EDS) theo bước sóng đặc trưng hoặc năng lượng đặc trưng của tín hiệu tia X. Độ phân giải của máy quang phổ cao hơn máy quang phổ năng lượng và tốc độ phân tích của máy quang phổ năng lượng nhanh hơn máy quang phổ năng lượng. Do tốc độ cao và chi phí thấp của máy quang phổ năng lượng, kính hiển vi điện tử QUÉT tổng quát được trang bị máy quang phổ năng lượng.

Với chế độ quét khác nhau của chùm tia điện tử, máy quang phổ năng lượng có thể phân tích điểm, đường thẳng và mặt phẳng của bề mặt, đồng thời thu được thông tin về sự phân bố khác nhau của các nguyên tố.Point analysis yields all elements of a point; Phân tích dòng Mỗi lần phân tích một phần tử được thực hiện trên một dòng cụ thể và sự phân bố dòng của tất cả các phần tử thu được bằng cách quét nhiều lần. Phân tích bề mặt Việc phân tích tất cả các phần tử trong một bề mặt nhất định. Hàm lượng phần tử đo được là giá trị trung bình của phạm vi các phép đo bề mặt.

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. Độ chính xác phân tích định lượng của máy quang phổ năng lượng bị hạn chế và hàm lượng nhỏ hơn 0.1% thường không dễ phát hiện. Sự kết hợp của phổ năng lượng và SEM có thể thu được thông tin về hình thái bề mặt và thành phần đồng thời, đó là lý do tại sao chúng được sử dụng rộng rãi.

8. Phân tích quang phổ quang điện tử (XPS)

Mẫu bằng cách chiếu tia X, bề mặt các electron lớp vỏ bên trong của nguyên tử sẽ thoát ra khỏi liên kết của hạt nhân và tạo thành bề mặt rắn, đo động năng của nó là Ex, các electron lớp vỏ bên trong của nguyên tử có thể thu được năng lượng liên kết của Eb, Eb đa dạng từ các nguyên tố khác nhau và lớp vỏ electron khác nhau, đó là “dấu vân tay” của các thông số nhận dạng nguyên tử, hình thành vạch phổ là quang phổ quang điện tử (XPS). XPS có thể được sử dụng để phân tích định tính và định lượng các nguyên tố trên bề mặt nông (vài nanomet) của bề mặt mẫu. Ngoài ra, thông tin về trạng thái hóa trị của các nguyên tố có thể nhận được từ sự thay đổi hóa học của năng lượng liên kết. Nó có thể cung cấp thông tin về liên kết giữa trạng thái hóa trị của lớp bề mặt và các nguyên tố xung quanh. 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; Đa lớp cũng có thể được phân tích theo chiều dọc bằng cách tách ion argon (xem trường hợp bên dưới) với độ nhạy lớn hơn nhiều so với phổ năng lượng (EDS). XPS chủ yếu được sử dụng trong phân tích phân tích chất lượng lớp phủ PCB, phân tích ô nhiễm và phân tích mức độ ôxy hóa, nhằm xác định nguyên nhân sâu xa của khả năng hàn kém.

9. Differential Scanning Calorim-etry

Một phương pháp đo sự khác biệt về công suất đầu vào giữa một chất và chất chuẩn dưới dạng một hàm của nhiệt độ (hoặc thời gian) trong điều khiển nhiệt độ được lập trình. 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). Theo mối quan hệ giữa biến dạng và nhiệt độ (hoặc thời gian), các tính chất lý hóa và nhiệt động học của vật liệu có thể được nghiên cứu và phân tích. TMA được sử dụng rộng rãi trong phân tích PCB và chủ yếu được sử dụng để đo hai thông số quan trọng nhất của PCB: hệ số giãn nở tuyến tính và nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh. PCB có hệ số giãn nở quá lớn thường sẽ dẫn đến hỏng hóc các lỗ kim loại sau khi hàn và lắp ráp.