PCBA-Technologie - Analyse der Kernpunkte der PCBA-Fehlertechnologie

Analyse der wichtigsten Punkte PCBA failure technology
As the carrier of various components und the hub of circuit signal transmission,PCB ist zum wichtigsten und kritischsten Teil elektronischer Informationsprodukte geworden. Seine Qualität und Zuverlässigkeit bestimmen die Qualität und Zuverlässigkeit der gesamten Ausrüstung. Allerdings, aus Kosten- und technischen Gründen, bei der Herstellung und Anwendung von PCB.

Es dauert so lange, einige gängige Fehleranalysetechniken anzuwenden. Zwischen den strukturellen Eigenschaften der Leiterplatte und den Hauptausfallmodi konzentriert sich dieser Artikel auf neun Techniken für PCB-Fehleranalyse, einschließlich: visuelle Inspektion, Röntgenfluoroskopie, metallographische Schnittanalyse, thermische Analyse, Photoelektronenspektroskopie, Anzeige-Mikroinfrarot-Analyse, Rasterelektronenmikroskopanalyse und Röntgen-Energiespektrumanalyse, etc. Die metallographische Schnittanalyse ist ein zerstörerisches Analyseverfahren. Nach Anwendung dieser beiden Techniken wird die Probe zerstört und kann nicht zurückgewonnen werden; Darüber hinaus kann aufgrund der Anforderungen der Probenvorbereitung, Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenenergiespektrumanalyse manchmal erforderlich sein. Darüber hinaus kann es während des Analyseprozesses aufgrund der Notwendigkeit der Überprüfung des Fehlerortes und der Fehlergründe erforderlich sein, Prüftechniken wie thermische Beanspruchung, elektrische Leistung, Lötbarkeitsprüfung und Größenmessung usw. zu verwenden, die hier nicht speziell eingeführt werden.

1. Visual inspection
Appearance inspection is to inspect the appearance of PCB visuell oder mit einfachen Instrumenten, wie Stereomikroskop, Metallographisches Mikroskop oder sogar Lupe, um die Ausfallteile und die damit verbundenen physischen Beweise zu finden. Die Hauptfunktion besteht darin, den Fehler zu lokalisieren und zunächst den Fehlermodus der PCB. Die visuelle Inspektion prüft hauptsächlich die PCB Verschmutzung, Korrosion, die Position des Brettplatzes, die Stromverdrahtung und die Regelmäßigkeit des Ausfalls, wenn es sich um Chargen- oder Einzelstücke handelt, ist es immer in einem bestimmten Bereich konzentriert, etc. Darüber hinaus, viele PCB Fehler werden entdeckt, nachdem sie in PCBA. Ob der Fehler durch den Einfluss des Montageprozesses und der verwendeten Materialien verursacht wird, erfordert auch eine sorgfältige Überprüfung der Eigenschaften des Fehlerbereichs.

2. Röntgenfluoroskopie
For some parts that cannot be visually inspected, sowie die inneren und anderen inneren Defekte der Durchgangslöcher der PCB, Röntgenfluoroskopie-System muss für die Inspektion verwendet werden. Röntgenfluoroskopie-Systeme verwenden unterschiedliche Materialstärken oder unterschiedliche Materialdichten basierend auf unterschiedlichen Prinzipien der Feuchtigkeitsaufnahme oder Transmission von Röntgenstrahlen für die Bildgebung. Diese Technologie wird mehr verwendet, um die internen Defekte von PCBA Lötstellen, die inneren Defekte der Durchgangslöcher, und Positionierung defekter Lötstellen von BGA- oder CSP-Geräten in hochdichten Verpackungen. Die Auflösung der aktuellen industriellen Röntgenfluoroskopie-Ausrüstung kann ein Mikron oder weniger erreichen, und es ändert sich von zweidimensionaler zu dreidimensionaler Bildgebungsausrüstung. There are even five-dimensional (5D) equipment used for package inspection, Aber dieses 5D X Das optische Perspektivsystem ist sehr teuer und hat selten praktische Anwendungen in der Industrie.

Drei, slice Analyse
Slicing analysis is the process of obtaining the cross-sectional structure of the PCB durch eine Reihe von Methoden und Schritten wie Probenahme, Einlegen, Schneiden, Polieren, Korrosion, und Beobachtung. Durch Schnittanalyse, Wir können reiche Informationen über die Mikrostruktur erhalten, die die Qualität der PCB (through holes, Beschichtung, etc.), das eine gute Basis für die nächste Qualitätsverbesserung bietet. Allerdings, Diese Methode ist zerstörerisch. Einmal geschnitten, die Probe wird unweigerlich zerstört. Zur gleichen Zeit, Diese Methode erfordert eine hohe Probenvorbereitung und dauert eine lange Zeit, um die Probe vorzubereiten, Das erfordert gut ausgebildete Techniker, um. Für detailliertes Schneiden, Bitte beachten Sie das Verfahren gemäß IPC-TM-650 2.1.1 und IPC-MS-810.

Vier, scanning acoustic microscope
At present, Das C-Mode Ultraschallscanning Akustikmikroskop wird hauptsächlich für elektronische Verpackung oder Versammlungsanalyse verwendet. Es verwendet die Amplitude, Phase- und Polaritätsänderungen, die durch Reflexion hochfrequenter Ultraschallwellen an der diskontinuierlichen Schnittstelle des Materials zum Bild entstehen. Die Z-Achse scannt die Informationen auf der X-Y-Ebene. Daher, Das akustische Rastermikroskop kann verwendet werden, um verschiedene Defekte in Komponenten zu erkennen, Materialien, and PCBs und PCBAs, einschließlich Risse, Delamination, Einschlüsse, und Hohlräume. Wenn die Frequenzbreite der Abtastakustik ausreicht, Auch interne Defekte der Lötstellen können direkt erkannt werden. Ein typisches scannendes akustisches Bild verwendet eine rote Warnfarbe, um das Vorhandensein von Fehlern anzuzeigen. Weil im SMT-Prozess eine große Anzahl von kunststoffverpackten Bauteilen zum Einsatz kommt, Bei der Umwandlung von bleifreiem zu bleifreiem Prozess entstehen eine große Anzahl von Feuchterückflussempfindlichkeitsproblemen. Das heißt:, Feuchtigkeitsabsorbierende Kunststoffverpackungsgeräte treten während des Reflows bei einer höheren bleifreien Prozesstemperatur auf interne oder SubstratDelaminationsrisse, und gemein PCBs explodiert oft unter der hohen Temperatur des bleifreien Prozesses. Zur Zeit, Das Rasterakustikroskop unterstreicht seine besonderen Vorteile bei der zerstörungsfreien Prüfung von mehrschichtigen Hochdichten PCBs. Allgemein, Offensichtliche Ausbrüche können nur durch visuelle Inspektion des Aussehens erkannt werden.

5. Micro-infrared analysis
Micro-infrared analysis is an analysis method that combines infrared spectroscopy and microscope. It uses the principle of different absorption of infrared spectra by different materials (mainly organic matter) to analyze the compound composition of the material, und kombiniert mit dem Mikroskop kann sichtbares Licht und Infrarotlicht gleich machen. Der Lichtweg, solange es sich im sichtbaren Sichtfeld befindet, Hier finden Sie die Spur organischer Schadstoffe, die analysiert werden sollen. Ohne die Kombination eines Mikroskops, Infrarotspektroskopie kann in der Regel nur Proben mit einer großen Probenmenge analysieren. Allerdings, in vielen Fällen in der Elektroniktechnik, Mikroverschmutzung kann zu schlechter Lötbarkeit von PCB-Pads or lead pins. Es ist denkbar, dass es ohne Infrarotspektroskopie schwierig ist, Prozessprobleme mit einem Mikroskop zu lösen. Der Hauptzweck der Mikro-Infrarot-Analyse ist die Analyse der organischen Verunreinigungen auf der geschweißten Oberfläche oder der Oberfläche der Lötstelle, und analysieren Sie die Ursache von Korrosion oder schlechter Lötbarkeit.

6. Scanning electron microscope analysis
Scanning electron microscope (SEM) is one of the most useful large-scale electron microscopy imaging systems for Fehleranalyse. Its working principle is to use the electron beam emitted from the cathode to be accelerated by the anode and to form a beam with a diameter of tens to With an electron beam current of several thousand angstroms (A), unter der Ablenkung der Abtastspule, Der Elektronenstrahl scannt die Oberfläche der Probe Punkt für Punkt in einer bestimmten Zeit- und Raumfolge. Dieser hochenergetische Elektronenstrahl bombardiert die Oberfläche der Probe und regt an., und verschiedene korrespondierende Grafiken können vom Bildschirm nach Sammlung und Vergrößerung erhalten werden. Erregte Sekundärelektronen werden im Bereich von 5~10nm auf der Probenoberfläche erzeugt. Daher, Sekundäre Elektronen können die Morphologie der Probenoberfläche besser reflektieren, so werden sie am häufigsten für morphologische Beobachtungen verwendet; Während die angeregten zurückgestreuten Elektronen auf der Probenoberfläche im Bereich von 100~1000nm erzeugt werden, Die zurückgestreuten Elektronen mit unterschiedlichen Eigenschaften werden entsprechend der Atomnummer der Substanz emittiert. Daher, Das zurückgestreute Elektronenbild hat die morphologischen Eigenschaften und die Fähigkeit, die Atomzahl zu unterscheiden. Daher, Das rückgestreute Elektronenbild kann das chemische Element reflektieren. Verteilung der Zutaten. Das aktuelle Rasterelektronenmikroskop hat sehr leistungsfähige Funktionen. Jede feine Struktur oder Oberflächeneigenschaft kann zur Beobachtung und Analyse auf Hunderttausende Male vergrößert werden.

Bei der Fehleranalyse von Leiterplatten oder Lötstellen wird SEM hauptsächlich verwendet, um den Fehlermechanismus zu analysieren. Insbesondere wird es verwendet, um die topographische Struktur der Pad-Oberfläche, die metallographische Struktur der Lötstelle zu beobachten, die intermetallische Verbindung und die Lötbarkeitsbeschichtung zu messen. Im Gegensatz zum optischen Mikroskop erzeugt das Rasterelektronenmikroskop ein elektronisches Bild, also nur schwarz-weiß. Die Probe des Rasterelektronenmikroskops muss leitfähig sein, und der Nichtleiter und einige Halbleiter müssen mit Gold oder Kohlenstoff besprüht werden. Andernfalls beeinflusst die Ansammlung von Ladungen auf der Oberfläche der Probe die Beobachtung der Probe. Darüber hinaus ist die Tiefenschärfe des Rasterelektronenmikroskopbildes weit größer als die des optischen Mikroskops, und es ist eine wichtige Analysemethode für ungleichmäßige Proben wie metallographische Struktur, mikroskopischer Bruch und Zinnhaar.

Sieben, X-ray energy spectrum analysis
The scanning electron microscope mentioned above is generally equipped with an X-ray energy spectrometer. Wenn ein hochenergetischer Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe trifft, Die inneren Elektronen in den Atomen des Oberflächenmaterials werden bombardiert und entweichen. Wenn die äußeren Elektronen auf ein niedrigeres Energieniveau übergehen, charakteristische Röntgenstrahlen werden angeregt, die charakteristisch für unterschiedliche Atomenergieniveaus verschiedener Elemente ist. Röntgenstrahlen sind anders. Daher, Die charakteristischen Röntgenstrahlen der Probe können als chemische Zusammensetzung analysiert werden. Zur gleichen Zeit, entsprechend dem Detektionsröntgensignal als charakteristische Wellenlänge oder charakteristische Energie, the corresponding instruments are called spectral dispersion spectrometer (abbreviated as spectrometer, WDS) and energy dispersion spectrometer (abbreviated as energy spectrometer, EDS), und die Auflösung des Spektrometers Es ist höher als das Energiespektrometer, und die Analysegeschwindigkeit des Energiespektrometers ist schneller als die des Spektrometers. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit und niedrigen Kosten des Energiespektrometers, Die allgemeine Rasterelektronenmikroskopkonfiguration ist das Energiespektrometer.

Mit den verschiedenen Scanmethoden des Elektronenstrahls kann das Energiespektrometer Oberflächenpunktanalyse, Linienanalyse und Oberflächenanalyse durchführen und Informationen über die unterschiedliche Verteilung von Elementen erhalten. Punktanalyse erhält alle Elemente eines Punktes; Die Linienanalyse führt jedes Mal eine Elementanalyse auf einer bestimmten Zeile durch und scannt mehrmals, um die Linienverteilung aller Elemente zu erhalten; Die Oberflächenanalyse analysiert alle Elemente in einer bestimmten Oberfläche, und der gemessene Elementgehalt ist Mittelwert der Messfläche

Bei der Analyse von PCB wird Energiespektrometer hauptsächlich für die Komponentenanalyse der Oberfläche des Pads und die Elementanalyse der Oberflächenkontaminanten des Pads und des Bleistifts mit schlechter Lötbarkeit verwendet. Die Genauigkeit der quantitativen Analyse des Energiespektrometers ist begrenzt, und der Inhalt von weniger als 0,1% ist im Allgemeinen nicht einfach nachzuweisen. Durch den kombinierten Einsatz von Energiespektroskopie und SEM können gleichzeitig Informationen über Oberflächenmorphologie und -zusammensetzung gewonnen werden, weshalb sie weit verbreitet sind.

8. Photoelectron Spectroscopy (XPS)
When the sample is irradiated by X-rays, Die inneren Schalenelektronen der Oberflächenatome lösen sich von der Bindung des Atomkerns und entkommen der festen Oberfläche zu Elektronen. Messung der kinetischen Energie Ex, Die Bindungsenergie Eb der inneren Schalenelektronen der Atome kann gewonnen werden. Unterschiedliche Elektronenschalen variieren. Es ist der "Fingerabdruck" Identifikationsparameter des Atoms, and the resulting spectrum is the Photoelektronenspektroskopie (XPS). XPS can be used for qualitative and quantitative analysis of elements on the shallow surface (several nanometers) of the sample surface. Darüber hinaus, Informationen über die chemische Valenz von Elementen können auch anhand der chemischen Verschiebung der Bindungsenergie gewonnen werden. Es kann Informationen über den atomaren Valenzstatus der Oberflächenschicht und die Bindung der umgebenden Elemente geben; der einfallende Strahl ist ein Röntgenphotonenstrahl, so it can be analyzed for insulating samples without damaging the analyzed sample for rapid multi-element analysis; it can also be used in the case of argon ion stripping Longitudinal element distribution analysis is performed on multiple layers (see the following case), and the sensitivity is much higher than that of the energy spectrum (EDS). XPS wird hauptsächlich für die Analyse der Qualität der Beschichtung des Pads verwendet, Die Analyse der Schadstoffe und die Analyse des Oxidationsgrades in der Analyse der PCB Ermittlung der tief sitzenden Ursachen für schlechte Lötbarkeit.

Neun, thermische Analyse differential scanning calorimetry
(Differential Scanning Calorim- etry): A method of measuring the power difference between the input material and the reference material and the temperature (or time) relationship under program temperature control. DSC ist mit zwei Sätzen von Kompensationsheizdrähten unter dem Probe- und Referenzbehälter ausgestattet. Wenn die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Probe und der Referenz aufgrund der thermischen Wirkung während des Heizvorgangs auftritt, Die Differenzwärmeverstärkerschaltung und der Differenzwärmekompensationsverstärker können verwendet werden, Ändern Sie den Strom, der in den Ausgleichsheizdraht fließt, Wärmeausgleich auf beiden Seiten, die Temperaturdifferenz ΔT verschwindet, and record the difference between the heating power of the two electric heating compensation under the sample and the reference object with the temperature (or time) change relationship, Diese Veränderungsbeziehung kann verwendet werden, um die physikalischen, chemische und thermodynamische Eigenschaften von Werkstoffen. DSC hat ein breites Anwendungsspektrum, aber in PCB analysis, Es wird hauptsächlich verwendet, um den Grad der Aushärtung von verschiedenen Polymermaterialien zu messen, die auf der PCB (for example, Figure 2) and the glass transition temperature. Diese beiden Parameter bestimmen die PCB im Folgeprozess. Zuverlässigkeit.

Thermomechanischer Analysator (TMA): Thermomechanische Analysetechnologie (Thermomechanische Analyse) wird verwendet, um die Verformungsleistung von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gelen unter thermischer oder mechanischer Kraft unter Programmtemperaturregelung zu messen. Übliche Belastungsmethoden umfassen Kompression, Nadeleinführung, Dehnung, Biegung usw. Die Prüfsonde wird von einem freitragenden Strahl und einer darauf befestigten Spulenfeder gestützt, und eine Last wird auf die Probe durch einen Motor aufgebracht. Wenn die Probe verformt ist, erkennt der Differenztransformator diese Änderung und verarbeitet sie zusammen mit Daten wie Temperatur, Spannung und Dehnung. Das Verhältnis zwischen der Verformung des Materials und der Temperatur (oder Zeit) unter vernachlässigbarer Last kann erhalten werden. Entsprechend dem Verhältnis zwischen Verformung und Temperatur (oder Zeit) können die physikalischen, chemischen und thermodynamischen Eigenschaften von Materialien untersucht und analysiert werden. TMA hat ein breites Anwendungsspektrum. Es wird hauptsächlich für die beiden kritischsten Parameter von PCB in der PCB-Analyse verwendet: Messung des linearen Ausdehnungskoeffizienten und der Glasübergangstemperatur. Leiterplatten mit zu großen Ausdehnungskoeffizienten führen oft zu Bruchversagen der metallisierten Löcher nach dem Löten und Montieren.

Aufgrund des hochdichten Entwicklungstrends von PCB und die Umweltschutzanforderungen bleifrei und halogenfrei, mehr und mehr PCBs haben verschiedene Ausfallprobleme wie schlechte Benetzung, Rissbildung, delamination, CAF und so weiter. Einführung in die Anwendung dieser Analysetechniken in konkreten Fällen. Die Erfassung des Ausfallmechanismus und Ursachen der Störung PCB der Qualitätskontrolle der PCB in der Zukunft, um das Wiederauftreten ähnlicher Probleme zu vermeiden.