Tecnología de PCB - Resumen de la tecnología de análisis de fallas de PCB

Como portador de varios componentes y centro de transmisión de señales de circuito, la placa de circuito impreso se ha convertido en un componente importante y clave de los productos de información electrónica. Su nivel de calidad y fiabilidad determina la calidad y fiabilidad de todo el equipo. Sin embargo, debido a los costos y razones técnicas, los PCB tienen muchos problemas de falla en la producción y aplicación.

Para este problema de falla, necesitamos usar algunas técnicas comunes de análisis de fallas para garantizar el nivel de calidad y fiabilidad de los PCB durante el proceso de fabricación. Por lo tanto, como empresa veterana en la industria de pruebas de pcb, Wang Gong de co., Ltd. se centró en resumir nueve tecnologías de análisis de fallas de pcb, incluyendo: inspección visual, radiografía, análisis de secciones metalográficas, análisis térmico, análisis fotoelectrónico, análisis de microinfrarrojos, Análisis de microscopía electrónica de barrido y análisis espectral de rayos X.

Luego se utilizarán algunas técnicas comunes de análisis de fallas. Entre las características estructurales de los PCB y los principales modos de falla, el análisis de sección metalográfica es una tecnología de análisis destructiva. Una vez que se utilizan estas dos tecnologías, las muestras se dañan y no se pueden reciclar; Además, debido a los requisitos de preparación de la muestra, el análisis de microscopía electrónica de barrido y el análisis de espectro de energía de rayos X a veces requieren daños parciales en la muestra. Además, durante el análisis, debido a la necesidad de verificar la ubicación de la avería y la causa de la avería, puede ser necesario utilizar técnicas de prueba, como tensiones térmicas, propiedades eléctricas, pruebas de soldabilidad y mediciones de dimensiones, que ya no se describen específicamente aquí.

Placa de circuito impreso

1. la inspección visual y la inspección visual consiste en comprobar la apariencia de la placa de circuito impreso mediante una inspección visual o el uso de algunos instrumentos simples, como un microscopio estereoscópico, un microscopio metalográfico o incluso una lupa, para encontrar los componentes defectuosos y las pruebas materiales relacionadas. Su función principal es localizar la falla y juzgar preliminarmente el modo de falla del pcb. La inspección visual consiste principalmente en comprobar la contaminación, la corrosión, la ubicación de la explosión del pcb, la regularidad del cableado del circuito y las averías, como los lotes o individuales, si siempre se concentran en una determinada zona, etc. además, se detectan muchas averías del PCB tras el montaje del pcba. Si la avería se debe a la influencia de los materiales utilizados durante el proceso de montaje y el proceso, también es necesario comprobar cuidadosamente las características de la zona de avería.

2. la radiografía solo puede utilizarse para inspeccionar algunas piezas que no se pueden detectar a simple vista, así como el interior del agujero a través del PCB y otros defectos internos. El sistema de radiografía utiliza diferentes principios de absorción o transmisión de humedad de rayos X con diferentes espesores de materiales o densidades de materiales para la imagen. Esta tecnología se utiliza más para comprobar los defectos internos de los puntos de soldadura pcba, los defectos internos de los agujeros a través y el posicionamiento de los puntos de soldadura defectuosos que encapsulan bga o dispositivos CSP de alta densidad. En la actualidad, los equipos industriales de radiografía pueden alcanzar una resolución inferior a una micra y están cambiando de equipos de imágenes bidimensionales a equipos de imágenes tridimensionales. Incluso los equipos de cinco dimensiones (5d) se utilizan para la inspección de envases, pero este sistema de radiografía 5d es muy valioso y tiene pocas aplicaciones prácticas en la industria.

3. el análisis de rebanadas es un proceso para obtener la estructura de sección transversal del PCB a través de una serie de medios 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 será destruida; Al mismo tiempo, este método requiere altos requisitos para la preparación de muestras, lleva mucho tiempo y requiere personal técnico capacitado para completarlo. Para más detalles sobre el proceso de corte, consulte IPC - tm650 2.1.1 e IPC - MS - 810.

4. 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 visualizar los cambios de amplitud, fase y polaridad producidos por la reflexión en la interfaz discontinua del material. Su método de escaneo es escanear la información del plano X - y a lo largo del eje Z. Por lo tanto, el microscopio acústico de barrido puede utilizarse 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 lo suficientemente grande, también se pueden detectar directamente defectos internos en los puntos de soldadura. Las imágenes acústicas de escaneo típicas indican la presencia de defectos en un color de advertencia roja. Debido a la gran cantidad de elementos de encapsulamiento de plástico utilizados en el proceso smt, hay una gran cantidad de problemas sensibles al retorno de la humedad en el proceso de conversión de plomo en plomo sin plomo, es decir, los elementos de encapsulamiento de plástico absorbente de humedad se agrietan en capas internas o de sustrato cuando regresan a una temperatura de proceso sin plomo más alta. A altas temperaturas del proceso sin plomo, los PCB ordinarios a menudo explotan. En este momento, el microscopio acústico de escaneo destaca sus ventajas especiales en las pruebas no destructivas de PCB de alta densidad de varias capas. En general, los explosivos obvios solo se pueden detectar a través de la apariencia visual.

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 de diferentes materiales (principalmente materia orgánica) para analizar la composición compuesta del material. Combinando el microscopio, la luz visible y la luz infrarroja se pueden encontrar en el mismo camino de luz, siempre y cuando estén en el campo de visión de la luz visible, podemos encontrar trazas de contaminantes orgánicos para su análisis. Sin la combinación del microscopio, el espectro infrarrojo solo puede analizar muestras de un gran número de muestras. En muchos casos, la microcontaminación en la tecnología electrónica puede causar una mala soldabilidad de las almohadillas o pines de pcb. Es concebible que sin un espectro infrarrojo equipado con un microscopio, sea 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 un sistema útil de imágenes de microscopía electrónica a gran escala para el análisis de fallas. Funciona porque el haz de electrones emitido por el cátodo es acelerado por el ánodo y enfocado por una lente magnética, formando un haz de electrones con un diámetro de decenas de miles de Angstroms (a). Bajo la desviación de la bobina de escaneo, el haz de electrones realiza un movimiento de escaneo punto a punto en la superficie de la muestra en un cierto orden 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 adquisición 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 a menudo se utilizan para la observación morfológica; Los electrones de dispersión hacia atrás estimulados se producen en un rango de 100 a 1000 nm en la superficie de la muestra y emiten electrones de radiación hacia atrás con diferentes propiedades, con diferentes números atómicos de materia. Por lo tanto, las imágenes electrónicas de retrodispersión tienen la capacidad de distinguir las características morfológicas y el número atómico. Por lo tanto, las imágenes electrónicas de retrodispersión pueden reflejar la distribución de elementos químicos. En la actualidad, el microscopio electrónico de barrido es muy potente. 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 morfología y estructura de la superficie de la almohadilla, la microestructura de los puntos de soldadura, medir compuestos intermetálicos, analizar recubrimientos soldables y medir la barba de Estaño. A diferencia del microscopio óptico, el microscopio electrónico de barrido es una imagen electrónica, por lo que solo tiene dos colores: blanco y Negro. Las muestras del microscopio electrónico de barrido deben ser conductoras. Los no conductores y algunos semiconductores necesitan ser rociados con oro o carbono, de lo contrario la carga eléctrica se acumulará en la superficie de la muestra, lo que afectará la observación de la muestra. Además, la profundidad del campo de las imágenes de Sem es mayor que la profundidad del campo del microscopio óptico. Es un método importante para analizar muestras heterogéneas como la estructura metalográfica, la fractura microscópica y la barba de Estaño.

7. los microscopios electrónicos de barrido mencionados anteriormente en el análisis de espectro de energía de rayos X suelen estar equipados con Espectrómetros 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 superficial son bombardeados y escapados, y cuando los electrones externos saltan a un nivel de baja energía, los rayos X característicos se estimularán. Los rayos X característicos emitidos por diferentes niveles de Energía Atómica de diferentes elementos son diferentes. Por lo tanto, los rayos X característicos emitidos por la muestra se pueden utilizar para el análisis de la composición química. Al mismo tiempo, según la longitud de onda característica o la energía característica de la señal de rayos X detectada, el instrumento correspondiente se llama espectrómetro de dispersión espectral (wds) y espectrómetro de dispersión de energía (eds). La resolución del espectrómetro es mayor que la del espectrómetro, y la velocidad de análisis del espectrómetro también es mayor que la del espectrómetro. Debido a la velocidad y el bajo costo del espectrómetro de energía, el microscopio electrónico de barrido General está equipado con el espectrómetro de energía.

Utilizando los diferentes modos de escaneo del haz de electrones, el espectrómetro de energía puede realizar análisis de puntos, líneas y superficies, y puede obtener información sobre la distribución de diferentes elementos. Todos los elementos de un punto se obtienen a través del análisis de puntos; Análisis de líneas: análisis de elementos de cada línea especificada y escaneo múltiple para obtener la distribución de líneas de todos los elementos; El análisis superficial analiza todos los elementos de la superficie especificada, y el contenido de los elementos medidos es el promedio del rango de superficie medido.

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 y el análisis de elementos de contaminantes en la superficie de la almohadilla y el pin 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 separarán de los grilletes del núcleo atómico y formarán electrones en la superficie sólida. Al medir su energía cinética ex, se puede obtener la energía de unión EB de los electrones de la cáscara interna del átomo. El EB cambia con diferentes componentes y diferentes carcasas electrónicas. Es el parámetro de reconocimiento de "huella dactilar" del átomo, y la Línea espectral formada es la espectrometría Optoelectrónica (xps). XPS se puede utilizar para el análisis cualitativo y cuantitativo de elementos de superficie poco profunda (varios nanómetros) en la superficie de la muestra. Además, según el Desplazamiento químico de la energía de unión, se puede obtener información sobre el precio químico de los elementos. Puede dar información sobre la Unión entre el Estado de Valencia de los átomos de la capa superficial y los elementos circundantes; El haz incidente es un haz de fotones de rayos x, por lo que se puede utilizar para el análisis de muestras aisladas sin dañar las muestras analizadas para el análisis rápido de múltiples elementos; En el caso de la desprendimiento de iones de argón, también se puede realizar un análisis de distribución de elementos longitudinales de varias capas (ver a continuación) y la sensibilidad es mucho mayor que la del espectro de energía (eds). En el análisis de pcb, XPS se utiliza principalmente para el análisis de calidad del recubrimiento de la almohadilla, el análisis de contaminantes y el análisis del grado de oxidación para determinar las causas profundas de la mala soldabilidad.

9. análisis térmico - método térmico de escaneo diferencial (dsc) - método para medir la relación entre la diferencia de potencia y la temperatura (o tiempo) de la sustancia importada y la sustancia de referencia bajo el control de la temperatura del programa. El DSC está equipado con dos grupos de líneas de calentamiento de compensación debajo de la muestra y el recipiente de referencia. Cuando hay una diferencia de temperatura entre la muestra y la referencia debido al efecto térmico durante el calentamiento, la corriente que fluye hacia el cable de calentamiento de compensación se puede cambiar a través del Circuito de amplificación térmica diferencial y el amplificador de compensación térmica diferencial.

Y equilibrar el calor en ambos lados para reducir la diferencia de temperatura. la desaparición de t registra la relación entre la diferencia de potencia térmica después de dos compensaciones eléctricas eléctricas eléctricas en la muestra y el material de referencia con la temperatura (o el tiempo). De acuerdo con esta relación de cambio, se pueden estudiar y analizar las propiedades físico - químicas y termodinámicas del material. El DSC es ampliamente utilizado, pero en el análisis de los PCB se utiliza principalmente para medir el grado de curado (como se muestra en la figura 2) y la temperatura de transición vítrea de varios materiales poliméricos utilizados en los pcb. Estos dos parámetros determinan la fiabilidad del PCB en los procesos posteriores.

Analizador termomecánico (tma): análisis termomecánico (tecnología de análisis termomecánico) utilizado para medir propiedades deformadas de sólidos, líquidos y geles bajo la acción de fuerzas térmicas o mecánicas bajo control de temperatura. Los modos de carga comúnmente utilizados son compresión, inserción de agujas, estiramiento y flexión. La sonda de prueba está apoyada por un haz en voladizo y un resorte espiral fijado al mismo, y la carga se aplica a la muestra a través del motor. Cuando la muestra se deforma, el transformador diferencial detecta este cambio y lo procesa junto con los datos de temperatura, estrés y tensión, obteniendo así la relación entre la deformación del material bajo una carga insignificante y la temperatura (o tiempo). Dependiendo de la relación entre la deformación y la temperatura (o el tiempo), se pueden estudiar y analizar las propiedades físico - químicas y termodinámicas del material. El TMA es ampliamente utilizado. En el análisis del pcb, se utiliza principalmente para dos parámetros clave del pcb: medir su coeficiente de expansión lineal y la temperatura de transición vítrea. Los PCB con un coeficiente de expansión excesivo 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 PCB y los requisitos ambientales sin plomo y sin halógenos, cada vez más PCB han experimentado diversos problemas de falla, como mala humectabilidad, explosión de placas, estratificación y caf. se presentan las aplicaciones de estas tecnologías de análisis en la práctica. El conocimiento del mecanismo y las causas de las fallas de los PCB ayudará al control de calidad de los PCB en el futuro y evitará que se repitan problemas similares.