Technologie PCB - Examen technique de l'analyse des défaillances de PCB

Les cartes de circuits imprimés, en tant que supports pour divers composants et centres de transmission de signaux de circuit, sont devenues des composants importants et critiques des produits d'information électroniques. Son niveau de qualité et de fiabilité détermine la qualité et la fiabilité de l'ensemble de l'équipement. Cependant, les PCB ont de nombreux problèmes de défaillance dans la production et l'application pour des raisons de coût et de technologie.

Pour ce problème d'échec, nous devons utiliser certaines techniques communes d'analyse d'échec pour assurer le niveau de qualité et de fiabilité du PCB pendant la fabrication. Par conséquent, en tant qu'entreprise supérieure dans l'industrie de l'épreuvage de PCB, Co., Ltd Wang Gong, parlant de la technologie d'analyse de défaillance, s'est concentré sur le résumé des neuf techniques d'analyse de défaillance de PCB, y compris: inspection d'apparence, perspective par rayons X, analyse de tranche métallographique, analyse thermique, analyse spectroscopique photoélectronique, analyse micro - infrarouge, Analyse par microscopie électronique à balayage et spectroscopie aux rayons X.

Certaines techniques courantes d'analyse des défaillances seront ensuite utilisées. Entre les caractéristiques structurelles des PCB et les principaux modes de défaillance, l'analyse de la section métallographique est une technique d'analyse destructive. Une fois ces deux techniques utilisées, les échantillons sont endommagés et ne peuvent être récupérés; En outre, l'analyse par microscopie électronique à balayage et l'analyse par spectrométrie aux rayons X nécessitent parfois une destruction partielle de l'échantillon en raison des exigences de la préparation 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 en raison de la nécessité de localiser et de vérifier la cause de la défaillance, qui ne sont plus spécifiquement présentées ici.

Carte de circuit imprimé

1. Inspection de l'apparence l'inspection de l'apparence est l'inspection visuelle ou l'utilisation de quelques instruments simples tels que le stéréomicroscope, le microscope métallographique ou même la loupe pour vérifier l'apparence de la carte de circuit imprimé et trouver les pièces défectueuses et les preuves matérielles connexes. Sa fonction principale est de localiser les défauts et de juger à titre préliminaire du mode de défaillance du PCB. L'inspection de l'apparence vérifie principalement la contamination, la corrosion, l'emplacement des explosions de PCB, le câblage du circuit et la régularité des défaillances, par exemple par lots ou individuellement, si elles sont toujours concentrées dans une certaine zone, etc. en outre, de nombreux défauts de PCB ont été trouvés après l'assemblage du 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. Inspection par perspective par rayons X pour certaines pièces qui ne peuvent pas être détectées à l'œil nu, ainsi que pour les trous traversants internes et autres défauts internes du PCB, seul le système de perspective par rayons X peut être utilisé pour l'inspection. Les systèmes de perspective par rayons X utilisent différents principes d'hygroscopie ou de transmission des rayons X pour différentes épaisseurs de matériaux ou différentes densités de matériaux pour l'imagerie. Cette technique est plus utilisée pour vérifier les défauts internes des points de soudure PCBA, les défauts internes des Vias et la localisation des points de soudure défectueux des dispositifs BGA ou CSP encapsulés à haute densité. À l'heure actuelle, les dispositifs industriels de perspective par rayons X peuvent atteindre des résolutions inférieures à un micromètre et sont en train de passer d'un dispositif d'imagerie bidimensionnelle à un dispositif d'imagerie tridimensionnelle. Même les appareils à cinq dimensions (5d) sont utilisés pour l'inspection des emballages, mais ce système de perspective à rayons X 5D est extrêmement précieux et n'a pratiquement aucune application pratique dans l'industrie.

3. L'analyse en tranches est le processus d'obtention de la structure de la section transversale du PCB par une série de moyens et d'étapes telles que l'échantillonnage, l'incrustation, le tranchage, le polissage, la corrosion et l'observation. Avec l'analyse de tranche, nous pouvons obtenir une richesse d'informations sur la microstructure (Vias, revêtements, 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 détruits; Dans le même temps, cette méthode est exigeante pour la préparation des échantillons, prend beaucoup de temps et nécessite des techniciens bien formés pour le faire. Pour plus de détails sur le processus de tranchage, voir IPC - TM - 650 2.1.1 et IPC - TM - 810.

4.scanning Acoustic Microscope À l'heure actuelle, les microscopes acoustiques à ultrasons de type C sont principalement utilisés 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 haute fréquence sur l'interface discontinue du matériau pour l'imagerie. Sa méthode de balayage consiste à balayer les informations du 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 cavités. Si la largeur fréquentielle de l'acoustique de balayage est suffisamment grande, il est également possible de détecter directement les défauts internes des points de soudure. Une image acoustique typique de balayage indique la présence d'un défaut avec une couleur d'avertissement rouge. En raison du grand nombre d'éléments d'encapsulation en plastique utilisés dans le procédé SMT, un grand nombre de problèmes sensibles au reflux de l'humidité se posent lors de la transformation du plomb en un procédé sans plomb, c'est - à - dire que les éléments d'encapsulation en plastique hygroscopiques subissent une fissuration interne ou en couches du substrat lors du reflux à des températures de procédé sans plomb plus élevées, Aux températures élevées du processus sans plomb, les PCB ordinaires peuvent souvent exploser. À ce stade, la microscopie acoustique à balayage met en évidence ses avantages particuliers dans le contrôle non destructif multicouche de PCB haute densité. Les plaques explosives généralement évidentes ne peuvent être détectées que par leur apparence visuelle.

5. Analyse micro - infrarouge l'analyse micro - infrarouge est une méthode d'analyse qui combine la spectroscopie infrarouge avec un microscope. Il utilise différents principes d'absorption du spectre infrarouge par différents matériaux, principalement organiques, pour analyser la composition chimique des matériaux. En combinaison avec le microscope, la lumière visible et infrarouge peuvent être sur le même chemin optique, tant qu'ils sont dans le champ de vision visible, nous pouvons trouver des traces de polluants organiques à analyser. Sans la combinaison de microscopes, la spectroscopie infrarouge ne peut analyser que des échantillons d'un grand nombre d'échantillons. Dans de nombreux cas, la micro - contamination dans la technologie électronique 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 spectroscopie infrarouge équipée d'un 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 un système d'imagerie de microscope électronique à grande échelle utile pour l'analyse des défauts. Le principe de fonctionnement est que le faisceau d'électrons émis par la cathode est accéléré par l'anode et focalisé par une lentille magnétique formant un faisceau d'électrons de plusieurs dizaines de milliers d'angströms (A) de diamètre. Sous la déflexion de la bobine de balayage, le faisceau d'électrons effectue un mouvement de balayage point par point à la surface de l'échantillon dans un certain ordre temporel et spatial. Le bombardement de la surface de l'échantillon par ce faisceau d'électrons à haute énergie excite diverses informations. Après acquisition et agrandissement, divers graphiques correspondents peuvent être obtenus 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 fréquemment utilisés pour l'observation morphologique; Les électrons rétrodiffusés excités sont produits dans la gamme de 100 ~ 1000 nm sur la surface de l'échantillon et émettent des électrons rétrodiffusés de différentes propriétés avec différents numéros atomiques de la matière. Les images électroniques rétrodiffusées ont donc la capacité de distinguer les caractéristiques morphologiques du numéro atomique. Ainsi, une image électronique rétrodiffusée peut refléter la distribution des éléments chimiques. Actuellement, les microscopes électroniques à balayage sont très puissants. 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 morphologie et la structure de la surface des plots, la microstructure des points de soudure, la mesure des composés intermétalliques, l'analyse des revêtements soudables et la mesure des Whiskers d'étain. Contrairement à un microscope optique, un microscope électronique à balayage est une image électronique, il n'a donc que deux couleurs en noir et blanc. L'échantillon du microscope électronique à balayage doit être conducteur. Les non - conducteurs et certains semi - conducteurs doivent être pulvérisés avec de l'or ou du carbone, sinon des charges électriques peuvent s'accumuler à la surface de l'échantillon et affecter l'observation de l'échantillon. De plus, la profondeur de champ d'une image SEM est plus grande que celle d'un microscope optique. C'est une méthode importante pour l'analyse d'échantillons hétérogènes tels que les tissus métallographiques, les micro - coupures et les Whiskers d'étain.

7. Analyse par spectrométrie aux rayons X les microscopes électroniques à balayage mentionnés ci - dessus sont généralement équipés d'un spectromètre d'énergie aux 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, et les rayons X caractéristiques seront excités lorsque les électrons externes passeront à des niveaux d'énergie inférieurs. Les rayons X caractéristiques émis par les différents niveaux d'énergie atomique des différents éléments sont différents. Ainsi, les rayons X caractéristiques émis par l'échantillon peuvent être utilisés pour l'analyse de la composition chimique. Dans le même temps, en fonction de la longueur d'onde caractéristique ou de l'énergie caractéristique du signal de rayons X détecté, les instruments correspondants sont appelés spectroscopie à dispersion spectrale (WDS) et spectroscopie à dispersion d'énergie (eds). La résolution du spectromètre est supérieure à celle du spectromètre et la vitesse d'analyse du spectromètre est également supérieure à celle du spectromètre. En raison de la vitesse rapide et du faible coût du spectromètre d'énergie, le microscope électronique à balayage général est équipé d'un spectromètre d'énergie.

En utilisant différents modes de balayage du faisceau d'électrons, le spectromètre peut effectuer une analyse ponctuelle, une analyse linéaire et une analyse de surface de la surface et peut obtenir des informations sur la distribution des différents éléments. Tous les éléments d'un point sont obtenus par analyse de point; Analyse des lignes: analyse élémentaire des lignes spécifiées à chaque fois et plusieurs balayages pour obtenir la distribution des lignes de tous les éléments; Analyse de surface analyse de tous les éléments d'une surface spécifiée, la teneur en éléments mesurée est la moyenne de l'étendue de la surface mesurée.

Dans l'analyse des PCB, les spectromètres d'énergie sont principalement utilisés pour l'analyse de la composition de la surface des plots et pour l'analyse élémentaire des contaminants de la surface des plots et des broches qui sont moins soudables. La précision de l'analyse quantitative du spectromètre est limitée, et les teneurs inférieures à 0,1% ne sont généralement pas faciles à détecter. La combinaison de la spectroscopie d'énergie et des miroirs électriques à balayage permet d'obtenir simultanément des informations sur la topographie 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 du noyau et forment des électrons sur la surface solide. En mesurant leur énergie cinétique ex, il est possible d'obtenir l'énergie de liaison EB des électrons de la coquille interne de l'atome. EB varie avec différents éléments et différents boîtiers électroniques. C'est le paramètre d'identification "empreinte digitale" de l'atome et la raie spectrale formée est la spectroscopie photoélectronique (XPS). XPS peut être utilisé pour l'analyse qualitative et quantitative d'éléments de surface peu profonde (plusieurs nanomètres) à la surface d'un échantillon. De plus, en fonction du déplacement chimique de l'énergie de liaison, il est possible d'obtenir des informations sur la valence chimique de l'élément. Il peut donner des informations sur la liaison entre la valence des atomes de la couche superficielle et les éléments environnants; Le faisceau incident est un faisceau de photons X, il peut donc être utilisé pour isoler l'analyse d'échantillons sans endommager l'échantillon analysé, pour une analyse rapide multi - éléments; Dans le cas d'un peeling d'ions argon, il est également possible d'effectuer une analyse longitudinale de la distribution élémentaire des multicouches (voir ci - dessous) et avec une sensibilité bien supérieure à celle de la spectroscopie énergétique (eds). Dans l'analyse de PCB, XPS est principalement utilisé pour l'analyse de la qualité du revêtement de pad, l'analyse des contaminants et l'analyse du degré d'oxydation pour déterminer les causes profondes d'une mauvaise soudabilité.

Analyse thermique - calorimétrie différentielle à balayage (DSC) - méthode de mesure de la relation entre la différence de puissance et la température (ou le temps) d'une substance d'entrée et d'une substance de référence 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'il existe une différence de température entre l'échantillon et la référence due à un effet thermique pendant le chauffage, le courant circulant dans la ligne de chauffage de compensation peut être modifié par le circuit d'amplification thermique différentielle et l'amplificateur de compensation thermique différentielle,

Et équilibre la chaleur des deux côtés, réduisant la différence de température. T disparaît, enregistrant la différence de puissance thermique en fonction de la température (ou du temps) après deux compensations électrothermiques pour l'échantillon et le matériau de référence. Selon cette relation de variation, les propriétés physico - chimiques et thermodynamiques des matériaux peuvent être étudiées et analysées. Le DSC est largement utilisé, mais dans l'analyse des PCB, il est principalement utilisé pour mesurer le degré de solidification (Figure 2) et la température de transition vitreuse des différents matériaux polymères utilisés sur les PCB. Ces deux paramètres déterminent la fiabilité du PCB dans les processus ultérieurs.

Analyseur thermomécanique (tma): l'analyse thermomécanique (technique d'analyse thermomécanique) 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. Les modes de charge couramment utilisés sont la compression, l'insertion d'aiguilles, la traction et la flexion. La sonde de test est supportée par une poutre en porte - à - faux et un ressort hélicoïdal fixé à celle - ci, la charge étant appliquée à l'échantillon par l'intermédiaire d'un moteur. Lorsque l'échantillon se déforme, le transformateur différentiel détecte ce changement et le traite avec les données de température, de contrainte et de déformation, ce qui permet d'obtenir une relation entre la déformation du matériau sous une charge négligeable et la température (ou le temps). Selon la relation entre la déformation et la température (ou le temps), les propriétés physico - chimiques et thermodynamiques des matériaux peuvent être étudiées et analysées. Le TMA est largement utilisé. Dans l'analyse des PCB, il est principalement utilisé pour deux paramètres clés des PCB: la mesure de leur coefficient de dilatation linéaire et de leur température de transition vitreuse. Les PCB avec un coefficient de dilatation trop élevé ont tendance à provoquer une rupture du trou métallisé après soudage et assemblage.

En raison de la tendance de développement de la haute densité de PCB et des exigences environnementales sans plomb et sans halogène, de plus en plus de PCB présentent divers problèmes de défaillance tels que la mauvaise mouillabilité, l'explosion de plaque, la stratification, le caf, etc. l'application de ces techniques d'analyse dans la pratique est présentée. La connaissance des mécanismes et des causes de défaillance des PCB sera bénéfique pour le contrôle de la qualité des PCB à l'avenir, en évitant la récurrence de problèmes similaires.