Technologie PCBA - Analyse des points techniques de défaillance PCBA

Analyse des défauts PCBA points techniques les PCB, en tant que support de divers composants et plaque tournante pour la transmission des signaux de circuit, sont devenus la partie la plus importante et la plus critique des produits d'information électroniques. Sa qualité et sa fiabilité déterminent la qualité et la fiabilité de l'ensemble de l'équipement. Cependant, pour des raisons de coût et de technologie, de nombreux problèmes de dysfonctionnement se posent dans la production et l'application des PCB.

L'utilisation de certaines techniques courantes d'analyse des défaillances prend beaucoup de temps. Entre les caractéristiques structurelles des PCB et les principaux modes de défaillance, cet article se concentrera sur neuf techniques d'analyse de défaillance des PCB, notamment: l'inspection visuelle, la fluoroscopie par rayons X, l'analyse par tranches métallographiques, l'analyse thermique, la spectroscopie photoélectronique, l'analyse micro - infrarouge d'affichage, l'analyse par Microscopie électronique à balayage et l'analyse par spectroscopie X, entre autres. L'analyse en section métallographique est une technique d'analyse destructive. Une fois ces deux techniques utilisées, les échantillons sont détruits et ne peuvent être récupérés; En outre, en raison des exigences de la préparation de l'échantillon, il peut parfois être nécessaire de microscopie électronique à balayage et l'analyse par spectrométrie X. destruction partielle de l'échantillon. En outre, au cours de l'analyse, il peut être nécessaire d'utiliser des techniques d'essai telles que les contraintes thermiques, les propriétés électriques, les tests de soudabilité et les mesures dimensionnelles, qui ne sont pas spécifiquement décrites ici, en raison de la nécessité de vérifier l'emplacement et la cause de la défaillance.

1. Inspection de l'apparence l'inspection de l'apparence est l'examen de l'apparence d'une carte de circuit imprimé à l'œil nu ou à l'aide d'un instrument simple, tel qu'un stéréomicroscope, un microscope métallographique ou même une loupe, pour découvrir le site de défaillance et les preuves matérielles connexes. La fonction principale est de localiser le défaut et de déterminer au préalable le mode de défaillance du PCB. L'inspection visuelle vérifie principalement la contamination du PCB, la corrosion, l'emplacement de l'éclatement de la carte, la régularité du câblage et des défauts du circuit, s'il s'agit d'un lot ou d'un seul, s'il est toujours concentré dans une certaine zone, etc. en outre, de nombreux défauts de PCB sont découverts après l'assemblage en PCBA. Si la défaillance est causée par l'influence du processus d'assemblage et des matériaux utilisés dans le processus, il est également nécessaire d'examiner attentivement les caractéristiques de la zone de défaillance.

2. Radiographie pour certaines pièces qui ne peuvent pas être inspectées visuellement, ainsi que pour les défauts internes et autres défauts internes des trous traversants de PCB, il est nécessaire de les inspecter avec un système de radiographie. Les systèmes de fluoroscopie par rayons X utilisent différentes épaisseurs de matériaux ou différentes densités de matériaux pour l'imagerie basée sur différents principes d'absorption d'humidité ou de transmission des rayons X. Cette technique est plus utilisée pour vérifier les défauts internes des points de soudure PCBA dans des boîtiers haute densité, les défauts internes des Vias et la localisation des points de soudure défectueux des dispositifs BGA ou CSP. La résolution actuelle des dispositifs industriels de perspective par rayons X peut atteindre un micron ou moins et est en train de passer d'un dispositif d'imagerie 2D à un dispositif d'imagerie 3D. Il existe même des dispositifs à cinq dimensions (5d) pour l'inspection des emballages, mais ce système de perspective optique 5dx est très coûteux et a peu d'applications pratiques dans l'industrie.

L'analyse de tranche est le processus d'obtention de la structure de la section transversale du PCB par une série de méthodes et d'étapes telles que l'échantillonnage, l'incrustation, le tranchage, le polissage, la corrosion, l'observation et ainsi de suite. Grâce à l'analyse de tranche, nous pouvons obtenir une richesse d'informations sur la microstructure (via, placage, etc.) qui reflète la qualité du PCB, fournissant une bonne base pour les prochaines étapes d'amélioration de la qualité. Cependant, cette méthode est destructrice. Une fois tranchés, les échantillons sont inévitablement détruits. Dans le même temps, cette méthode est très exigeante pour la préparation de l'échantillon, la préparation de l'échantillon prend beaucoup de temps et nécessite des techniciens bien formés pour le faire. Pour le processus détaillé de tranchage, il convient de se reporter aux procédures spécifiées dans les documents IPC - TM - 650 2.1.1 et IPC - MS - 810.

Microscopie acoustique à balayage À l'heure actuelle, la microscopie acoustique à balayage par ultrasons de type C est principalement utilisée pour l'emballage électronique ou l'analyse d'assemblage. Il utilise les variations d'amplitude, de phase et de polarité générées par la réflexion des ultrasons à haute fréquence sur l'interface discontinue du matériau pour l'imagerie. La méthode de balayage consiste à balayer l'information sur le plan X - y le long de l'axe Z. Ainsi, la microscopie acoustique à balayage peut être utilisée pour détecter divers défauts dans les composants, les matériaux et les PCB et PCBA, y compris les fissures, la stratification, les inclusions et les vides. Si la largeur fréquentielle de l'acoustique de balayage est suffisante, il est également possible de détecter directement les défauts internes des points de soudure. Une image acoustique scannée typique utilise une couleur d'avertissement rouge pour indiquer la présence d'un défaut. En raison du grand nombre d'éléments d'encapsulation en plastique utilisés dans le procédé SMT, de nombreux problèmes de sensibilité au reflux de l'humidité peuvent survenir lors du passage du procédé au plomb au procédé sans plomb. C'est - à - dire qu'à des températures de processus sans plomb plus élevées, les dispositifs d'encapsulation en plastique hygroscopiques subissent une fissuration interne ou stratifiée du substrat lors du reflux, tandis que les PCB courants explosent généralement à des températures élevées de processus sans plomb. À ce stade, la microscopie acoustique à balayage met en évidence ses avantages particuliers dans le contrôle non destructif multicouche haute densité PCB. En général, l'éclatement apparent ne peut être détecté que par un examen visuel de l'apparence.

5. Analyse micro - infrarouge l'analyse micro - infrarouge est une méthode d'analyse qui combine la spectroscopie infrarouge et la microscopie. Il utilise différents principes d'absorption du spectre infrarouge par différents matériaux, principalement organiques, pour analyser la composition chimique des matériaux et, en combinaison avec un microscope, peut rendre la lumière visible et infrarouge identique. Le chemin optique, dans la mesure où il est dans le champ de vision de la lumière visible, permet de trouver des traces de polluants organiques à analyser. Sans une combinaison de microscopes, la spectroscopie infrarouge ne peut généralement analyser que des échantillons contenant un grand nombre d'échantillons. Cependant, dans de nombreux cas de technologie électronique, la micro - contamination peut entraîner une mauvaise soudabilité des plots ou des broches de PCB. On peut imaginer qu'il serait difficile de résoudre les problèmes de procédé sans le spectre infrarouge du microscope. L'objectif principal de l'analyse micro - infrarouge est d'analyser les contaminants organiques sur les surfaces soudées ou sur les surfaces des points de soudure, d'analyser les causes de la corrosion ou de la mauvaise soudabilité.

Le microscope électronique à balayage (SEM) est l'un des systèmes d'imagerie de microscope électronique à grande échelle les plus utiles pour l'analyse des défauts. Il fonctionne en utilisant un faisceau d'électrons émis par la cathode qui est accéléré par l'anode pour former un faisceau d'électrons de quelques dizaines à quelques dizaines d'angströms de diamètre. Sous un courant de faisceau de plusieurs milliers d'angströms (A) et sous la déviation de la bobine de balayage, le faisceau d'électrons balaye la surface de l'échantillon point par point dans une certaine Séquence temporelle et spatiale. Ce faisceau d'électrons à haute énergie bombarde la surface de l'échantillon et excite diverses informations qui, après acquisition et amplification, permettent d'obtenir divers graphiques correspondants à partir de l'écran d'affichage. Les électrons secondaires excités sont produits dans la plage de 5 à 10 nm de la surface de l'échantillon. Les électrons secondaires peuvent ainsi mieux refléter la morphologie de la surface de l'échantillon et sont donc le plus souvent utilisés pour l'observation morphologique; Lorsque les électrons rétrodiffusés excités sont produits à la surface de l'échantillon, dans la gamme de 100 ~ 1000 nm, des électrons rétrodiffusés avec des caractéristiques différentes sont émis en fonction du numéro atomique de la matière. Les images électroniques rétrodiffusées ont donc des caractéristiques morphologiques et la capacité de distinguer les numéros atomiques. Ainsi, une image électronique rétrodiffusée peut réfléchir des éléments chimiques. Distribution des ingrédients. Les microscopes électroniques à balayage actuels ont des fonctions très puissantes. Toute structure fine ou caractéristique de surface peut être agrandie à des centaines de milliers de fois pour l'observation et l'analyse.

Dans l'analyse de défaillance d'un PCB ou d'un point de soudure, le SEM est principalement utilisé pour analyser le mécanisme de défaillance. Plus précisément, il est utilisé pour observer la structure topographique de la surface des plots, l'Organisation métallographique des points de soudure, la mesure des composés intermétalliques et des revêtements de soudabilité. L'analyse et la réalisation d'analyses et de mesures de Whiskers d'étain. Contrairement à la microscopie optique, la microscopie électronique à balayage produit des images électroniques, donc seulement des images en noir et blanc. Les échantillons de microscope électronique à balayage doivent être conducteurs, non conducteurs et certains semi - conducteurs doivent être pulvérisés avec de l'or ou du carbone. Sinon, l'accumulation de charges à la surface de l'échantillon affectera l'observation de l'échantillon. En outre, les images de microscopie électronique à balayage ont une plus grande portée que la microscopie optique et sont une méthode d'analyse importante pour les échantillons hétérogènes tels que les tissus métallographiques, les micro - coupures, les moustaches d'étain et autres.

Vii. Analyse par spectroscopie à rayons X les microscopes électroniques à balayage ci - dessus sont généralement équipés d'un spectromètre à rayons X. Lorsque le faisceau d'électrons de haute énergie frappe la surface de l'échantillon, les électrons internes dans les atomes du matériau de surface sont bombardés et s'échappent. Les rayons X caractéristiques seront excités lorsque les électrons de la couche externe passeront à des niveaux d'énergie inférieurs, caractéristiques des différents niveaux d'énergie atomique des différents éléments. Les rayons X sont différents. Il est ainsi possible d'analyser les rayons X caractéristiques émis par l'échantillon en composition chimique. Simultanément, en fonction de la détection du signal de rayons X en tant que longueur d'onde caractéristique ou énergie caractéristique, les instruments correspondents sont appelés spectroscope à dispersion spectrale (en abrégé spectromètre, WDS) et spectroscope à dispersion d'énergie (en abrégé spectromètre d'énergie, eds), et la résolution du spectromètre est supérieure à celle du spectromètre d'énergie, Et la vitesse d'analyse du spectromètre d'énergie est plus rapide que celle du spectromètre. En raison de la vitesse rapide et du faible coût du spectromètre d'énergie, le microscope électronique à balayage général est configuré comme un spectromètre d'énergie.

Grâce à différentes méthodes de balayage par faisceau d'électrons, le spectromètre d'énergie peut effectuer une analyse de point de surface, une analyse de ligne et une analyse de surface et peut obtenir des informations sur la distribution différente des éléments. L'analyse de point obtient tous les éléments d'un point; Analyse de ligne effectuer une analyse élémentaire d'une ligne déterminée à chaque fois et balayer plusieurs fois pour obtenir une distribution linéaire de tous les éléments; Analyse de surface analyse de tous les éléments de la surface spécifiée, la teneur en éléments mesurée est la moyenne de la zone de mesure

Dans l'analyse des PCB, les spectromètres d'énergie sont principalement utilisés pour l'analyse de la composition de la surface des plots, ainsi que pour l'analyse élémentaire des contaminants de la surface des plots et des broches mal soudables. La précision de l'analyse quantitative par spectromètre est limitée et les teneurs inférieures à 0,1% ne sont généralement pas faciles à détecter. L'utilisation combinée de la spectroscopie énergétique et des miroirs électriques à balayage permet d'obtenir simultanément des informations sur la morphologie et la composition de la surface, c'est pourquoi ils sont largement utilisés.

Spectroscopie photoélectronique (XPS) Lorsque l'échantillon est irradié par des rayons X, les électrons de la couche interne de l'atome de surface se détachent des liaisons du noyau et fuient la surface solide pour former des électrons. En mesurant l'énergie cinétique ex, il est possible d'obtenir l'énergie de liaison EB des électrons de la coquille interne de l'atome. Les différents boîtiers électroniques varient. C'est le paramètre d'identification "empreinte digitale" de l'atome et le spectre résultant est le spectre d'énergie photoélectronique (XPS). XPS peut être utilisé pour effectuer des analyses qualitatives et quantitatives d'éléments sur des surfaces superficielles (quelques nanomètres) de la surface de l'échantillon. En outre, il est également possible d'obtenir des informations sur la valence chimique d'un élément à partir du déplacement chimique de l'énergie de liaison. Il peut donner des informations sur l'état de Valence atomique de la couche superficielle et la liaison des éléments environnants; Le faisceau incident est un faisceau de photons de rayons X, de sorte qu'il peut être soumis à une analyse d'échantillon isolé sans endommager l'échantillon analysé pour une analyse Multi - éléments rapide; Il peut également être utilisé dans le cas du peeling des ions argon. L'analyse de la distribution longitudinale des éléments est réalisée sur plusieurs couches (voir cas ci - dessous) et la sensibilité est bien supérieure à celle de la spectroscopie d'énergie (eds). XPS est principalement utilisé pour analyser la qualité du revêtement des plots, l'analyse des contaminants et l'analyse du degré d'oxydation dans l'analyse des PCB pour déterminer les causes profondes d'une mauvaise soudabilité.

Calorimétrie différentielle à balayage (Differential Scanning calometry): méthode permettant de mesurer la différence de puissance entre un matériau d'entrée et un matériau de référence, ainsi que la température (ou le temps) sous contrôle de température programmé. Le DSC est équipé de deux jeux de lignes de chauffage de compensation sous l'échantillon et le récipient de référence. Lorsqu'une différence de température apparaît entre l'échantillon et la référence en raison d'un effet thermique pendant le chauffage, un circuit d'amplification thermique différentiel et un amplificateur de compensation thermique différentiel peuvent être utilisés pour faire varier le courant entrant dans le fil de compensation, équilibrer la chaleur des deux côtés, la différence de température disparaît, Et enregistrer la différence de puissance de chauffage compensée par deux échauffements électriques de l'échantillon et de l'objet de référence avec une relation de variation de température (ou de temps) qui peut être utilisée pour étudier et analyser les propriétés physiques, chimiques et thermodynamiques du matériau. DSC a un large éventail d'applications, mais dans l'analyse de PCB, il est principalement utilisé pour mesurer le degré de durcissement (par exemple, figure 2) et la température de transition vitreuse de divers matériaux polymères utilisés sur les PCB. Ces deux paramètres déterminent le PCB dans le processus suivant. Fiabilité

Analyseur thermomécanique (tma): la technologie d'analyse thermomécanique (tma) est utilisée pour mesurer les propriétés de déformation des solides, des liquides et des gels sous l'action de forces thermiques ou mécaniques sous contrôle de température programmé. Les méthodes de chargement courantes comprennent la compression, l'insertion d'aiguilles, l'étirement, la flexion, etc. la sonde d'essai est supportée par une poutre en porte - à - faux et un ressort hélicoïdal fixé à celle - ci, et une charge est appliquée à l'échantillon par un moteur. Lorsque l'échantillon se déforme, le transformateur différentiel détecte ce changement et le traite avec des données telles que la température, le stress et la déformation. La relation entre la déformation du matériau sous une charge négligeable et la température (ou le temps) peut être obtenue. Selon la relation entre la déformation et la température (ou le temps), les propriétés physiques, chimiques et thermodynamiques des matériaux peuvent être étudiées et analysées. TMA a un large éventail d'applications. Il est principalement utilisé pour les deux paramètres les plus critiques des PCB dans l'analyse des PCB: la mesure de leur coefficient de dilatation linéaire et de leur température de transition vitreuse. Les cartes de circuits imprimés avec un coefficient de dilatation du substrat trop élevé ont tendance à provoquer une rupture des trous métallisés après soudage et assemblage.

En raison de la tendance de développement à haute densité des PCB et des exigences environnementales sans plomb et sans halogène, de plus en plus de PCB ont divers problèmes de défaillance tels que la mauvaise mouillabilité, la fissuration, la stratification, le caf, etc. Introduction à l'application de ces techniques d'analyse dans des cas pratiques. Comprendre le mécanisme de défaillance et les causes des PCB sera bénéfique pour le contrôle de la qualité des PCB à l'avenir et éviter la récurrence de problèmes similaires.