Tecnología PCBA - Análisis de los puntos clave de la tecnología de falla pcba

El análisis de los puntos clave de la tecnología de falla pcba, el pcb, como portador de varios componentes y centro de transmisión de señales de circuito, se ha convertido en la parte más importante y crítica de los productos de información electrónica. Su calidad y fiabilidad determinan la calidad y fiabilidad de todo el equipo. Sin embargo, debido a los costos y razones técnicas, los PCB han experimentado un gran número de problemas de falla en la producción y aplicación.

Se necesita mucho tiempo para usar algunas técnicas comunes de análisis de fallas. Entre las características estructurales de los PCB y los principales modos de falla, este artículo se centrará en nueve tecnologías de análisis de falla de los pcb, incluyendo: inspección visual, fluoroscopia de rayos x, análisis de secciones metalográficas, análisis térmico, fotoelectrónica, análisis de microinfrarrojos de visualización, análisis de microscopía electrónica de barrido y análisis de espectro de energía de rayos X. el análisis de Secciones metalográficas es una tecnología de análisis destructiva. Una vez que se utilizan estas dos tecnologías, las muestras se destruyen y no se pueden reciclar; Además, debido a los requisitos para la preparación de la muestra, a veces puede ser necesario un microscopio electrónico de barrido y un análisis de espectro de energía de rayos X para destruir parcialmente la muestra. Además, durante el análisis, debido a la necesidad de verificar la ubicación y la causa de la falla, puede ser necesario utilizar técnicas de prueba como tensión térmica, rendimiento eléctrico, pruebas de soldabilidad y medición de tamaño, que ya no se detallan aquí.

1. la inspección visual es la inspección visual de los PCB a simple vista o con algunos instrumentos simples, como microscopios estereoscópicos, microscopios metalográficos o incluso lupas, para encontrar la ubicación de la falla y las pruebas físicas relacionadas. La función principal es localizar la falla y determinar preliminarmente el modo de falla del pcb. La inspección visual consiste principalmente en comprobar la contaminación de los pcb, la corrosión, la ubicación de la explosión de la placa, la regularidad del cableado del circuito y las averías, si se trata de lotes o individuales, si siempre se concentran en una determinada zona, etc. además, muchas averías de los PCB se detectan después de ensamblarse en pcba. Si la falla es causada por la influencia del proceso de montaje y los materiales utilizados en el proceso, también es necesario comprobar cuidadosamente las características de la zona de falla.

2. la radiografía debe utilizarse para inspeccionar algunas piezas que no puedan ser inspeccionadas visualmente, así como el interior y otros defectos internos de los agujeros de los pcb. El sistema de fluoroscopia de rayos X utiliza diferentes espesores de materiales o diferentes densidades de materiales para la imagen basada en diferentes principios de absorción o transmisión de humedad de los rayos X. Esta tecnología se utiliza más para comprobar los defectos internos de los puntos de soldadura pcba en envases de alta densidad, los defectos internos de los agujeros a través y el posicionamiento de los puntos de soldadura defectuosos de los dispositivos bga o csp. Los equipos industriales actuales de radiografía pueden alcanzar una resolución de una micra o menos, y están cambiando de equipos de imágenes bidimensionales a equipos de imágenes tridimensionales. Incluso hay equipos de cinco dimensiones (5d) para la inspección de envases, pero este sistema de perspectiva óptica 5dx es muy caro y tiene pocas aplicaciones prácticas en la industria.

3. el análisis de las rebanadas es un proceso para obtener la estructura de la sección transversal del PCB a través de una serie de métodos y pasos, como muestreo, incrustación, rebanadas, pulido, corrosión y observación. A través del análisis de rebanadas, podemos obtener información rica sobre la microestructura (a través de agujeros, recubrimientos, etc.) que refleja la calidad de los pcb, proporcionando una buena base para la próxima mejora de la calidad. Sin embargo, este método es destructivo. Una vez cortada, la muestra se destruirá inevitablemente. Al mismo tiempo, este método requiere altos requisitos para la preparación de muestras, que tardan mucho tiempo en prepararse y requieren personal técnico capacitado para completarlo. Para el proceso de corte detallado, consulte el proceso especificado en IPC - tm650 2.1.1 y IPC - MS - 810.

En la actualidad, el microscopio acústico de escaneo ultrasónico de tipo C se utiliza principalmente para encapsulamiento electrónico o análisis de montaje. Utiliza ultrasonido de alta frecuencia para la imagen de los cambios de amplitud, fase y polar producidos por la reflexión en la interfaz discontinua del material. El método de escaneo es escanear la información en el plano X - y a lo largo del eje Z. Por lo tanto, el microscopio acústico de barrido se puede utilizar para detectar diversos defectos en componentes, materiales y PCB y pcba, incluyendo grietas, estratificaciones, inclusiones y huecos. Si el ancho de frecuencia de la acústica de escaneo es suficiente, también se pueden detectar directamente defectos internos en los puntos de soldadura. Las imágenes acústicas de escaneo típicas utilizan el color de advertencia Roja para indicar la presencia de defectos. Debido a la gran cantidad de componentes de encapsulamiento de plástico utilizados en el proceso smt, se producirá una gran cantidad de problemas de sensibilidad de retorno de humedad durante la conversión del proceso de plomo al proceso sin plomo. Es decir, a temperaturas de proceso sin plomo más altas, los dispositivos de encapsulamiento de plástico absorbente de humedad experimentan grietas en capas internas o de sustrato durante el proceso de retorno, mientras que los PCB comunes a menudo explotan a altas temperaturas del proceso sin plomo. En este momento, el microscopio acústico de escaneo destaca sus ventajas especiales en las pruebas no destructivas de PCB de alta densidad multicapa. Por lo general, solo se pueden detectar estallidos obvios a través de un examen visual de la apariencia.

5. el análisis de microinfrarrojos es un método de análisis que combina el espectro infrarrojo con el microscopio. Utiliza diferentes principios de absorción del espectro infrarrojo por diferentes materiales (principalmente materia orgánica) para analizar la composición de los compuestos del material y, en combinación con el microscopio, permite que la luz visible y la luz infrarroja sean las mismas. El camino de la luz, siempre y cuando esté en el campo de visión de la luz visible, puede encontrar trazas de contaminantes orgánicos que deben analizarse. Sin una combinación de microscopios, los espectros infrarrojos generalmente solo pueden analizar muestras de un gran número de muestras. Sin embargo, en muchos casos de tecnología electrónica, la microcontaminación puede causar una mala soldabilidad de almohadillas o pines de pcb. Se puede imaginar que sin el espectro infrarrojo del microscopio, sería difícil resolver el problema del proceso. El objetivo principal del análisis de microinfrarrojos es analizar los contaminantes orgánicos en la superficie de soldadura o en la superficie de los puntos de soldadura, y analizar las causas de la corrosión o la mala soldabilidad.

6. el microscopio electrónico de barrido (sem) es uno de los sistemas de imágenes de microscopía electrónica a gran escala más útiles para el análisis de fallas. Funciona utilizando un haz de electrones emitido por el cátodo que se acelera por el ánodo para formar una corriente de haz de electrones de decenas a miles de Angstroms (a) de diámetro. bajo la desviación de la bobina de escaneo, el haz de electrones escanea la superficie de la muestra punto a punto con una cierta secuencia temporal y espacial. Este haz de electrones de alta energía bombardea la superficie de la muestra y estimula todo tipo de información. después de la recolección y amplificación, se pueden obtener varios gráficos correspondientes de la pantalla. Los electrones secundarios estimulados se producen en un rango de 5 a 10 nm en la superficie de la muestra. Por lo tanto, los electrones secundarios pueden reflejar mejor la morfología de la superficie de la muestra, por lo que se utilizan más comúnmente para la observación de la morfología; Cuando los electrones de dispersión hacia atrás emocionados se generan en la superficie de la muestra, en un rango de 100 a 1000 nm, se emiten electrones de reflexión hacia atrás con diferentes características en función del número atómico de la materia. Por lo tanto, las imágenes electrónicas de retrodispersión tienen características morfológicas y la capacidad de distinguir el número atómico. Por lo tanto, las imágenes electrónicas de dispersión inversa pueden reflejar elementos químicos. Distribución de ingredientes. El microscopio electrónico de barrido actual tiene una función muy poderosa. Cualquier característica estructural o superficial fina se puede ampliar a cientos de miles de veces para observación y análisis.

En el análisis de falla de PCB o puntos de soldadura, el SEM se utiliza principalmente para analizar el mecanismo de falla. Específicamente, se utiliza para observar la estructura topográfica de la superficie de la almohadilla, la estructura metalográfica de los puntos de soldadura, medir el análisis de compuestos intermetálicos y recubrimientos soldables y realizar el análisis y medición de la barba de Estaño. A diferencia de los microscopios ópticos, los microscopios electrónicos de escaneo producen imágenes electrónicas, por lo que solo hay imágenes en blanco y Negro. Las muestras del microscopio electrónico de barrido deben ser conductoras, no conductoras y algunos semiconductores deben rociarse con oro o carbono. De lo contrario, la acumulación de carga eléctrica en la superficie de la muestra afectará la observación de la muestra. Además, el paisaje de las imágenes del microscopio electrónico de barrido es más profundo que el del microscopio óptico, que es un método importante de análisis de muestras desiguales como la estructura metalográfica, la fractura microscópica y la barba de Estaño.

7. el análisis de espectro de energía de rayos X el microscopio electrónico de barrido anterior generalmente está equipado con un espectrómetro de energía de rayos X. Cuando un haz de electrones de alta energía golpea la superficie de la muestra, los electrones internos en los átomos del material de la superficie son bombardeados y escapados. Cuando los electrones exteriores saltan a niveles de energía más bajos, los rayos X característicos se estimulan, que se caracterizan por diferentes niveles de Energía Atómica de diferentes elementos. Los rayos X son diferentes. Por lo tanto, los rayos X característicos emitidos por la muestra pueden analizarse como componentes químicos. Al mismo tiempo, de acuerdo con la detección de la señal de rayos X como longitud de onda característica o energía característica, el instrumento correspondiente se llama espectrómetro de dispersión espectral (abreviado como espectrómetro, wds) y espectrómetro de dispersión energética, y la resolución del espectrómetro es mayor que la del espectrómetro de energía, que es más rápido de analizar que el espectrómetro. Debido a la velocidad y el bajo costo del espectrómetro de energía, el microscopio electrónico de barrido General está configurado como un espectrómetro de energía.

A través de los diferentes métodos de escaneo del haz de electrones, el espectrómetro de energía puede realizar análisis de puntos superficiales, análisis de líneas y análisis de superficies, y puede obtener información sobre las diferentes distribuciones de elementos. El análisis de puntos obtiene todos los elementos de un punto; Análisis de línea realiza un análisis de elementos de la línea especificada una vez cada vez y escanea varias veces para obtener la distribución de líneas de todos los elementos; El análisis de la superficie especifica todos los elementos de la superficie, y el contenido de los elementos medidos es la media de la zona de medición.

En el análisis de los pcb, el espectrómetro de energía se utiliza principalmente para el análisis de la composición de la superficie de la almohadilla, así como para el análisis de elementos de contaminantes en la superficie de la almohadilla y los pines con poca soldabilidad. La precisión del análisis cuantitativo del espectrómetro de energía es limitada, y el contenido inferior al 0,1% generalmente no es fácil de detectar. La combinación de espectro de energía y microscopía electrónica de barrido puede obtener información sobre la morfología y composición de la superficie al mismo tiempo, por lo que son ampliamente utilizados.

8. cuando la muestra es irradiada por rayos x, los electrones de la cáscara interna de los átomos de la superficie se separan de los enlaces del núcleo y huyen de la superficie sólida para formar electrones. Al medir la energía cinética ex, se puede obtener la energía de unión EB de los electrones de la cáscara interna del átomo. Las diferentes cáscaras electrónicas son diferentes. Es el parámetro de reconocimiento de "huella dactilar" del átomo, y el espectro obtenido es el espectro de energía Optoelectrónica (xps). XPS se puede utilizar para el análisis cualitativo y cuantitativo de elementos en la superficie poco profunda de la superficie de la muestra (unos pocos nanómetros). Además, sobre la base del Desplazamiento químico de la energía de unión, también se puede obtener información sobre el Estado de Valencia química del elemento. puede dar información sobre la Unión del Estado de Valencia atómica superficial y los elementos circundantes; El haz incidente es un haz de fotones de rayos x, por lo que se puede analizar la muestra aislada sin dañar la muestra analizada para un análisis rápido y múltiple; También se puede utilizar en casos de desprendimiento de iones de argón. análisis de distribución de elementos longitudinales en capas múltiples (ver el siguiente caso) y sensibilidad mucho mayor que la del espectro de energía (eds). XPS se utiliza principalmente para analizar la calidad del recubrimiento de las almohadillas, el análisis de contaminantes y el grado de oxidación en el análisis de PCB para determinar las causas profundas de la mala soldabilidad.

9. análisis térmico método térmico de escaneo diferencial (termómetro de escaneo diferencial): un método para medir la diferencia de potencia y la relación de temperatura (o tiempo) entre el material de entrada y el material de referencia bajo el control de la temperatura del programa. El DSC está equipado con dos grupos de cables de calentamiento de compensación debajo de la muestra y el recipiente de referencia. Cuando la muestra y el material de referencia generan una diferencia de temperatura debido al efecto térmico durante el calentamiento, se puede utilizar un circuito amplificador térmico diferencial y un amplificador de compensación térmica diferencial para cambiar la corriente que entra en la línea directa de compensación, equilibrar el calor en ambos lados, la diferencia de temperatura desaparece y registrar la diferencia de potencia de calentamiento entre la muestra y la compensación de calentamiento eléctrico secundario bajo el material de referencia con una relación de cambio de temperatura (o tiempo), que se puede utilizar para estudiar y analizar las propiedades físicas, químicas y termodinámicas del material. El DSC es ampliamente utilizado, pero en el análisis de PCB se utiliza principalmente para medir el grado de curado (por ejemplo, figura 2) y la temperatura de transición vítrea de varios materiales poliméricos utilizados en el pcb. Estos dos parámetros determinan el PCB en el proceso posterior. Fiabilidad

Analizador termomecánico (tma): la tecnología de análisis termomecánico (análisis termomecánico) se utiliza para medir las propiedades de deformación de sólidos, líquidos y geles bajo el control de la temperatura del programa bajo la acción de fuerzas térmicas o mecánicas. Los métodos comunes de carga incluyen compresión, inserción de agujas, estiramiento, flexión, etc. la sonda de prueba está apoyada por un haz en voladizo y un resorte espiral fijado a él, y la carga se aplica a la muestra a través de un motor. Cuando la muestra se deforma, el transformador diferencial detecta este cambio y lo procesa con datos como temperatura, estrés y tensión. Se puede obtener la relación entre la deformación del material bajo una carga insignificante y la temperatura (o el tiempo). Las propiedades físicas, químicas y termodinámicas del material se pueden estudiar y analizar en función de la relación entre la deformación y la temperatura (o el tiempo). TMA tiene una amplia gama de aplicaciones. Se utiliza principalmente para medir los dos parámetros más críticos de los PCB en el análisis de pcb: su coeficiente de expansión lineal y su temperatura de transición vítrea. Los PCB con un coeficiente de expansión excesivo del sustrato a menudo conducen a la ruptura y falla de los agujeros metálicos después de la soldadura y el montaje.

Debido a la tendencia de desarrollo de alta densidad de los PCB y los requisitos ambientales sin plomo y sin halógenos, cada vez más PCB tienen varios problemas de falla, como poca humectabilidad, agrietamiento, estratificación y caf. introducción de la aplicación de estas tecnologías de análisis en casos reales. Comprender el mecanismo de falla y las causas de los PCB ayudará al control de calidad de los PCB en el futuro y evitará que se repitan problemas similares.