Leiterplattentechnisch - Überblick über die Technologie zur Fehleranalyse von Leiterplatten

Als Träger verschiedener Komponenten und der Hub der Schaltungssignalenübertragung, PCB ist ein wichtiger und wichtiger Bestundteil elektronischer Informationsprodukte geworden. Sein Qualitäts- und Zuverlässigkeitsniveau bestimmen die Qualität und Zuverlässigkeit der gesamten Ausrüstung. Allerdings, aus Kosten- und technischen Gründen, Es gibt viele Fehlerprobleme bei der Herstellung und Anwendung von PCB.

Für dieses Fehlerproblem müssen wir einige gängige Fehleranalysetechnologien verwenden, um das Qualitäts- und Zuverlässigkeitsniveau der Leiterplatte während der Herstellung sicherzustellen. Daher konzentrierte sich Wang Gong von Shenzhen jieduobang Technology Co., Ltd.. als leitendes Unternehmen in der PCB-Proofing-Industrie auf die Zusammenfassung von neun Technologien für PCB-Fehleranalyse, wenn über Fehleranalysetechnologie gesprochen wird, einschließlich: Aussehen Inspektion, Röntgenfluoroskopie, metallographische Schnittanalyse, thermische Analyse, Photoelektronenspektroskopie, Mikroinfrarotanalyse, Rasterelektronenmikroskopie Analyse und Röntgenspektroskopie Analyse.

Dann werden einige gängige Fehleranalysetechniken verwendet. Zwischen den strukturellen Eigenschaften der Leiterplatte und dem Hauptausfallmodus ist die metallographische Schnittanalyse eine zerstörerische Analysetechnologie. Sobald diese beiden Technologien verwendet werden, wird die Probe beschädigt und kann nicht zurückgewonnen werden; Darüber hinaus müssen aufgrund der Anforderungen der Probenvorbereitung, Rasterelektronenmikroskopanalyse und Röntgenenergiespektrumanalyse manchmal die Probe teilweise zerstören. Darüber hinaus kann es im Analyseprozess aufgrund der Erfordernisse der Fehlerortung und der Überprüfung von Fehlerursachen erforderlich sein, Prüftechnologien wie thermische Belastung, elektrische Eigenschaften, Schweißbarkeitsprüfung und Maßmessung zu verwenden, die hier nicht speziell eingeführt werden.

PCB

1. Aussehen Inspektion Aussehen Inspektion Inspektion ist, einige einfache Instrumente, wie Stereomikroskop, metallographisches Mikroskop und sogar Lupe visuell zu überprüfen oder zu verwenden, um das Aussehen der Leiterplatte zu überprüfen und die ausgefallenen Teile und relevante physikalische Beweise zu finden. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Fehler zu lokalisieren und den Fehlermodus der Leiterplatte vorläufig zu beurteilen. Die Erscheinungsprüfung prüft hauptsächlich die Verschmutzung, Korrosion, Position der PCB-Explosion, Schaltungsdrahtung und Regelmäßigkeit des Ausfalls, wie Charge oder Einzelperson, ob es immer in einem bestimmten Bereich konzentriert ist usw. Darüber hinaus werden viele PCB-Fehler gefunden, nachdem PCBA montiert wurde. Ob der Fehler durch den Einfluss des Montageprozesses und der verwendeten Materialien verursacht wird, muss auch die Eigenschaften des Fehlerbereichs sorgfältig überprüft werden.

2.Röntgenfluoroskopie-Inspektion für einige Teile, die nicht durch visuelle Inspektion erkannt werden können, sowie die internen und anderen internen Defekte des Durchgangslochs der Leiterplatte, Röntgenfluoroskopie-System kann nur für Inspektion verwendet werden. Röntgenfluoroskopie-System verwendet die verschiedenen Prinzipien der Röntgenfeuchtenabsorption oder Transmission unterschiedlicher Materialdicke oder unterschiedlicher Materialdichte zum Bild. Diese Technologie wird mehr verwendet, um die internen Defekte von PCBA-Lötstellen, interne Defekte von Durchgangslöchern und die Positionierung von defekten Lötstellen von hochdichten verpackten BGA- oder CSP-Geräten zu überprüfen. Gegenwärtig kann die Auflösung der industriellen Röntgenfluoroskopie-Ausrüstung weniger als ein Mikron erreichen, und sie ändert sich von zweidimensionaler zu dreidimensionaler bildgebender Ausrüstung. Selbst fünfdimensionale (5d) Ausrüstung wurde für die Verpackungsinspektion verwendet, aber dieses 5D Röntgenfluoroskopie-System ist sehr wertvoll und hat nur wenige praktische Anwendungen in der Industrie.

3. Scheibenanalyse Scheibenanalyse ist der Prozess, die Querschnittsstruktur der Leiterplatte durch eine Reihe von Mitteln und Schritten wie Probenahme, Mosaik, Schneiden, Polieren, Korrosion und Beobachtung zu erhalten. Durch die Schnittanalyse können wir umfangreiche Informationen über die Mikrostruktur erhalten, die die Qualität der Leiterplatte widerspiegelt (Durchgangsloch, Beschichtung usw.), die eine gute Grundlage für die nächste Qualitätsverbesserung bietet. Diese Methode ist jedoch zerstörerisch. Einmal geschnitten, wird die Probe zerstört; Gleichzeitig stellt diese Methode hohe Anforderungen an die Probenvorbereitung und dauert lange, was gut ausgebildete Techniker erfordert. Einzelheiten zum Schneiden finden Sie unter IPC-TM-650 2.1.1 und ipc-ms-810.

4. Scannendes akustisches Mikroskop derzeit, C-Mode Ultraschallscannendes akustisches Mikroskop wird hauptsächlich für elektronische Verpackung oder Versammlungsanalyse verwendet. Es verwendet die Amplitude-, Phasen- und Polaritätsänderungen, die durch die Reflexion von Hochfrequenzschaltung auf der diskontinuierlichen Schnittstelle von Materialien zum Bild erzeugt werden. Seine Scanmethode besteht darin, die Informationen der X-Y-Ebene entlang der Z-Achse zu scannen. Daher kann das akustische Rastermikroskop verwendet werden, um verschiedene Defekte in Komponenten, Materialien und PCB und PCBA, einschließlich Risse, Delamination, Einschlüsse und Hohlräume zu erkennen. Reicht die Frequenzbreite der Abtastakustik aus, können auch interne Defekte von Lötstellen direkt erkannt werden. Das typische scannende akustische Bild zeigt das Vorhandensein von Defekten mit einer roten Warnfarbe an. Da eine große Anzahl von kunststoffgekapselten Komponenten im SMT-Prozess verwendet wird, treten bei der Umwandlung von Blei in bleifreien Prozess eine große Anzahl von feuchtigkeitsrückflussempfindlichen Problemen auf, das heißt, die feuchtigkeitsabsorbierenden kunststoffgekapselten Komponenten weisen interne oder SubstratDelaminationsrisse auf, wenn sie bei einer höheren bleifreien Prozesstemperatur refluxen. Unter der hohen Temperatur des bleifreien Prozesses explodiert gewöhnliche Leiterplatte oft. Zu dieser Zeit hebt das Abtastakustikmikroskop seine besonderen Vorteile in der zerstörungsfreien mehrschichtigen Leiterplattenprüfung mit hoher Dichte hervor. Die allgemein offensichtliche Explosionsplatte kann nur durch visuelles Erscheinungsbild erkannt werden.

5. Mikroinfrarotanalyse Mikroinfrarotanalyse ist eine Analysemethode, die Infrarotspektrum mit Mikroskop kombiniert. Es verwendet das Prinzip der unterschiedlichen Absorption des Infrarotspektrums durch verschiedene Materialien (hauptsächlich organische Substanzen), um die zusammengesetzte Zusammensetzung von Materialien zu analysieren. In Kombination mit Mikroskop können sichtbares Licht und Infrarotlicht im gleichen Lichtweg sein, solange sie sich im sichtbaren Sichtfeld befinden. Wir können Spuren organischer Schadstoffe finden, die analysiert werden sollen. Ohne die Kombination des Mikroskops kann Infrarotspektrum nur Proben mit einer großen Menge von Proben analysieren. In vielen Fällen kann Mikroverschmutzung in der Elektroniktechnik zu schlechter Lötbarkeit von PCB-Pad oder Bleistift führen. Es kann sich vorstellen, dass es schwierig ist, das Prozessproblem ohne Infrarotspektrum mit Mikroskop zu lösen. Der Hauptzweck der Mikroinfrarotanalyse ist die Analyse der organischen Schadstoffe auf der geschweißten Oberfläche oder Lötstellenoberfläche und die Analyse der Ursachen von Korrosion oder schlechter Schweißbarkeit.

6. Rasterelektronenmikroskopanalyse Rasterelektronenmikroskop (SEM) ist ein nützliches elektronenmikroskopisches Abbildungssystem im großen Maßstab für Fehleranalyse. Sein Arbeitsprinzip ist, dass der von der Kathode emittierte Elektronenstrahl von der Anode beschleunigt und von der magnetischen Linse fokussiert wird, um einen Elektronenstrahl mit einem Durchmesser von Zehn- bis Tausenden von Angströmen (a) zu bilden. Unter der Ablenkung der Abtastspule macht der Elektronenstrahl eine Punkt-für-Punkt-Abtastbewegung auf der Probenoberfläche in einer bestimmten Zeit- und Raumordnung. Das Bombardieren dieses hochenergetischen Elektronenstrahls auf die Probenoberfläche wird eine Vielzahl von Informationen stimulieren. Nach Erfassung und Verstärkung können verschiedene entsprechende Grafiken vom Bildschirm bezogen werden. Die angeregten Sekundärelektronen werden im Bereich von 5,10 nm auf der Probenoberfläche erzeugt. Daher können die Sekundärelektronen die Morphologie der Probenoberfläche besser reflektieren, so dass sie häufig für Morphologiebeobachtungen verwendet werden; Die angeregten zurückgestreuten Elektronen werden im Bereich von 100.1000 nm auf der Probenoberfläche erzeugt und emittieren zurückgestreute Elektronen mit unterschiedlichen Eigenschaften mit unterschiedlichen Atomzahlen von Substanzen. Daher hat das rückgestreute Elektronenbild die Fähigkeit, morphologische Eigenschaften und Atomzahlen zu unterscheiden. Daher kann das rückgestreute Elektronenbild die Verteilung chemischer Elemente widerspiegeln. Gegenwärtig ist die Funktion des Rasterelektronenmikroskops sehr leistungsstark. 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 Morphologie und Struktur der Pad-Oberfläche, die Mikrostruktur der Lötstelle zu beobachten, intermetallische Verbindungen zu messen, die lötbare Beschichtung zu analysieren und den Zinnhaar zu messen. Anders als das optische Mikroskop ist das Rasterelektronenmikroskop ein elektronisches Bild, also ist es nur schwarz-weiß. Die Probe des Rasterelektronenmikroskops muss leitfähig sein. Nichtleiter und einige Halbleiter müssen mit Gold oder Kohlenstoff besprüht werden, andernfalls sammelt sich die Ladung auf der Probenoberfläche an und beeinflusst die Beobachtung der Probe. Darüber hinaus ist die Schärfentiefe des SEM-Bildes viel größer als die des optischen Mikroskops. Es ist eine wichtige Analysemethode für ungleichmäßige Proben wie metallographische Struktur, Mikrobruch und Zinnhaar.

7.Röntgenenergiespektrumanalyse Das oben erwähnte Rasterelektronenmikroskop ist im Allgemeinen mit Röntgenenergiespektrometer ausgestattet. Wenn der hochenergetische Elektronenstrahl die Probenoberfläche trifft, werden die inneren Elektronen in den Atomen des Oberflächenmaterials bombardiert und entweichen, und die charakteristischen Röntgenstrahlen werden angeregt, wenn die äußeren Elektronen auf das niederenergetische Niveau übergehen. Die charakteristischen Röntgenstrahlen, die von verschiedenen Atomenergieniveaus verschiedener Elemente emittiert werden, sind unterschiedlich. Daher können die charakteristischen Röntgenstrahlen der Probe für die Analyse der chemischen Zusammensetzung verwendet werden. Gleichzeitig werden entsprechend der charakteristischen Wellenlänge oder charakteristischen Energie des detektierten Röntgensignals die entsprechenden Instrumente Spektraldispersionsspektrometer (WDS) und Energiedispersionsspektrometer (EDS) genannt. Die Auflösung des Spektrometers ist höher als die des Spektrometers, und die Analysegeschwindigkeit des Spektrometers ist schneller als die des Spektrometers. Da das Energiespektrometer hohe Geschwindigkeit und niedrige Kosten hat, ist das allgemeine Rasterelektronenmikroskop mit Energiespektrometer ausgestattet.

Mit den verschiedenen Abtastmodi des Elektronenstrahls kann das Energiespektrometer Punktanalyse, Linienanalyse und Oberflächenanalyse auf der Oberfläche durchführen und die Informationen über die unterschiedliche Verteilung der Elemente erhalten. Alle Elemente eines Punktes werden durch Punktanalyse gewonnen; Linienanalyse: Führen Sie jedes Mal eine Elementanalyse auf einer bestimmten Zeile durch und scannen Sie mehrmals, um die Linienverteilung aller Elemente zu erhalten; Die Oberflächenanalyse analysiert alle Elemente in einer bestimmten Oberfläche, und der gemessene Elementgehalt ist der Durchschnittswert des Messflächenbereichs.

Bei der Analyse von Leiterplatten wird Energiespektrometer hauptsächlich für die Kompositionsanalyse der Pad-Oberfläche und die Elementanalyse von Schadstoffen auf der Oberfläche von Pad und Bleistift mit schlechter Lötbarkeit verwendet. Die Genauigkeit der quantitativen Analyse des Energiespektrometers ist begrenzt, und der Inhalt unterhalb von 0.1% ist im Allgemeinen nicht einfach nachzuweisen. Durch die Kombination von Energiespektrum und SEM können gleichzeitig Informationen über Oberflächenmorphologie und -zusammensetzung gewonnen werden, weshalb sie weit verbreitet sind.

8. Photoelektronenspektroskopie (XPS) Wenn die Probe durch Röntgenstrahlen bestrahlt wird, entkommen die inneren Schalenelektronen der Oberflächenatome aus der Bindung des Atomkerns und bilden Elektronen auf der Festkörperoberfläche. Durch Messung ihrer kinetischen Energie ex kann die Bindungsenergie EB der inneren Schalenelektronen der Atome gewonnen werden. EB variiert mit verschiedenen Elementen und verschiedenen elektronischen Schalen. Es ist der "Fingerabdruck"-Identifikationsparameter der Atome, und die gebildete Spektrallinie ist Photoelektronenspektroskopie (XPS). XPS kann für die qualitative und quantitative Analyse von flachen Oberflächen (mehrere nanoskalige) Elemente auf der Probenoberfläche verwendet werden. Zusätzlich können Informationen über die chemische Valenz von Elementen entsprechend der chemischen Verschiebung der Bindungsenergie erhalten werden. Es kann Informationen über die Bindung zwischen dem Valenzstatus des Oberflächenschichtatoms und den umgebenden Elementen geben; Der eingehende Strahl ist Röntgenphotonenstrahl, so dass er für die Isolierprobenanalyse verwendet werden kann, ohne die analysierte Probe für schnelle Multi-Elemente-Analyse zu beschädigen; Beim Argon-Ionen-Stripping kann auch die Längs-Elementverteilungsanalyse mehrerer Schichten durchgeführt werden (siehe später), und die Empfindlichkeit ist viel höher als die des Energiespektrums (EDS). In der PCB-Analyse wird XPS hauptsächlich für die Qualitätsanalyse von Pad-Beschichtungen, Schadstoffanalyse und Oxidationsgradanalyse verwendet, um die tief sitzenden Ursachen für schlechte Lötbarkeit zu bestimmen.

Die Differenzkalorimetrie der thermischen Analyse (DSC) ist ein Verfahren zur Messung des Verhältnisses zwischen dem Leistungsunterschiedseingang zur Substanz und der Referenzsubstanz und Temperatur (oder Zeit) unter programmierter Temperaturregelung. DSC ist mit zwei Gruppen kompensierender Heizdrähte unter dem Probe- und Referenzbehälter ausgestattet. Wenn es eine Temperaturdifferenz zwischen der Probe und der Referenz aufgrund der thermischen Wirkung während der Erwärmung Δ T gibt, kann der Strom, der in den Kompensationsheizdraht fließt, durch den differenziellen thermischen Verstärkungskreis und den differenziellen thermischen Kompensationsverstärker geändert werden.

Und balancieren Sie die Wärme auf beiden Seiten aus und reduzieren Sie die Temperaturdifferenz Δ T verschwindet, und die Wechselbeziehung zwischen der Differenz der thermischen Leistung kompensiert durch zwei elektrothermische Kompensationen unter der Probe und dem Referenzmaterial mit Temperatur (oder Zeit) wird aufgezeichnet. Entsprechend dieser Wechselbeziehung können die physikalisch-chemischen und thermodynamischen Eigenschaften der Materialien untersucht und analysiert werden. DSC ist weit verbreitet, aber in der Analyse von PCB wird es hauptsächlich verwendet, um den Härtungsgrad (wie Abbildung 2) und die Glasübergangstemperatur verschiedener Polymermaterialien zu messen, die auf PCB verwendet werden. Diese beiden Parameter bestimmen die Zuverlässigkeit der Leiterplatte im nachfolgenden Prozess.

Diermomechanical analyzer (TMA): Thermal Mechanical Analysis (thermomechanical Analyse technology) is used to measure the deformation properties of solid, Flüssigkeit und Gel unter thermischer oder mechanischer Kraft unter der Kontrolle der Temperatur. Die häufig verwendeten Lastmodi sind Kompression, Nadeleinführung, Dehnen und Biegen. Die Prüfsonde wird durch den Kragbalken und die Spulenfeder unterstützt, die darauf befestigt sind, und die Last wird auf die Probe durch den Motor angewendet. Wenn die Probe verformt ist, Der Differenzwandler erkennt diese Änderung, und verarbeitet es zusammen mit den Temperaturdaten, Stress und Belastung, so as to obtain the relationship between the deformation of the material under negligible load and temperature (or time). According to the relationship between deformation and temperature (or time), Die physikalisch-chemischen und thermodynamischen Eigenschaften von Materialien können untersucht und analysiert werden. TMA ist weit verbreitet. In der Analyse von PCB, Es wird hauptsächlich für zwei Schlüsselparameter von PCBMessung des linearen Ausdehnungskoeffizienten und der Glasübergangstemperatur. The PCB mit zu großem Ausdehnungskoeffizienten führt häufig zum Bruchversagen metallisierter Löcher nach Schweißen und Leiterplattenmontage.

Aufgrund der Entwicklung von PCB Hohe Dichte und die Umweltanforderungen bleifrei und halogenfrei, mehr und mehr PCBs haben verschiedene Ausfallprobleme, wie schlechte Benetzung, plate Explosion, Delamination, CAF und so weiter. Die Anwendung dieser Analysetechniken in der Praxis wird vorgestellt. Der Erwerb von PCB Fehlermechanismus und Ursachen werden förderlich für die Qualitätskontrolle von PCB in der Zukunft, um das Wiederauftreten ähnlicher Probleme zu vermeiden.