Tecnologia PCBA - Analisi dei punti chiave della tecnologia di guasto PCBA

Analisi sui punti chiave della tecnologia di guasto PCBA Come vettore di vari componenti e hub della trasmissione del segnale del circuito, PCB è diventato la parte più importante e critica dei prodotti di informazione elettronica. La sua qualità e affidabilità determinano la qualità e l'affidabilità dell'intera apparecchiatura. Tuttavia, a causa di costi e motivi tecnici, si sono verificati un gran numero di problemi di guasto nella produzione e nell'applicazione di PCB.

Ci vuole così tanto tempo per utilizzare alcune tecniche comuni di analisi dei guasti. Tra le caratteristiche strutturali del PCB e le principali modalità di guasto, questo articolo si concentrerà su nove tecniche per l'analisi dei guasti PCB, tra cui: ispezione visiva, fluoroscopia a raggi X, analisi della sezione metallografica, analisi termica, spettroscopia fotoelettronica, analisi micro-infrarossa del display, analisi del microscopio elettronico a scansione e analisi dello spettro energetico a raggi X, ecc. L'analisi metallografica della sezione è una tecnica di analisi distruttiva. Una volta utilizzate queste due tecniche, il campione viene distrutto e non può essere recuperato; Inoltre, a causa dei requisiti di preparazione del campione, la microscopia elettronica a scansione e l'analisi dello spettro di energia a raggi X possono talvolta essere necessarie Distruggere parzialmente il campione. Inoltre, nel processo di analisi, a causa della necessità di verificare la posizione del guasto e le ragioni di guasto, può essere necessario utilizzare tecniche di prova come stress termico, prestazioni elettriche, test di saldabilità e misurazione delle dimensioni, ecc., che non saranno specificamente introdotte qui.

L'ispezione dell'aspetto è quella di ispezionare l'aspetto del PCB visivamente o utilizzando alcuni strumenti semplici, come lo stereomicroscopio, il microscopio metallografico o persino la lente di ingrandimento, per trovare le parti di guasto e le relative prove fisiche. La funzione principale è individuare il guasto e determinare inizialmente la modalità di guasto del PCB. L'ispezione visiva controlla principalmente l'inquinamento PCB, la corrosione, la posizione della rottura della scheda, il cablaggio del circuito e la regolarità del guasto, se è lotto o singolo, è sempre concentrato in una certa area, ecc Inoltre, molti guasti PCB vengono scoperti dopo essere stati assemblati in PCBA. Se il guasto è causato dall'influenza del processo di assemblaggio e dei materiali utilizzati nel processo richiede anche un attento controllo delle caratteristiche dell'area di guasto.

2. fluoroscopia a raggi X Per alcune parti che non possono essere ispezionate visivamente, così come i difetti interni e altri interni dei fori passanti del PCB, il sistema di fluoroscopia a raggi X deve essere utilizzato per l'ispezione. I sistemi di fluoroscopia a raggi X utilizzano diversi spessori del materiale o diverse densità del materiale basate su diversi principi di assorbimento dell'umidità o trasmittanza dei raggi X per l'imaging. Questa tecnologia è più utilizzata per controllare i difetti interni dei giunti di saldatura PCBA, i difetti interni dei fori passanti e il posizionamento dei giunti di saldatura difettosi dei dispositivi BGA o CSP in imballaggi ad alta densità. La risoluzione dell'attuale apparecchiatura industriale di fluoroscopia a raggi X può raggiungere un micron o meno e sta cambiando da apparecchiature di imaging bidimensionali a apparecchiature tridimensionali. Ci sono anche apparecchiature a cinque dimensioni (5D) utilizzate per l'ispezione dei pacchetti, ma questo 5D X Il sistema di prospettiva ottica è molto costoso e raramente ha applicazioni pratiche nel settore.

L'analisi del taglio è il processo di ottenimento della struttura trasversale del PCB attraverso una serie di metodi e passaggi come campionamento, intarsio, affettatura, lucidatura, corrosione e osservazione. Attraverso l'analisi delle fette, possiamo ottenere informazioni ricche sulla microstruttura che riflette la qualità del PCB (attraverso fori, placcatura, ecc.), che fornisce una buona base per il prossimo miglioramento della qualità. Tuttavia, questo metodo è distruttivo. Una volta affettato, il campione sarà inevitabilmente distrutto. Allo stesso tempo, questo metodo richiede un'elevata preparazione del campione e richiede molto tempo per preparare il campione, che richiede tecnici ben addestrati per completare. Per un processo di affettatura dettagliato, fare riferimento al processo specificato in IPC-TM-650 2.1.1 e IPC-MS-810.

Attualmente, il microscopio acustico a scansione ultrasonica C-mode è utilizzato principalmente per l'imballaggio elettronico o l'analisi dell'assemblaggio. Utilizza i cambiamenti di ampiezza, fase e polarità generati dalla riflessione delle onde ultrasoniche ad alta frequenza sull'interfaccia discontinua del materiale all'immagine. L'asse Z esegue la scansione delle informazioni sul piano X-Y. Pertanto, il microscopio acustico a scansione può essere utilizzato per rilevare vari difetti in componenti, materiali e PCB e PCB, tra cui crepe, delaminazione, inclusioni e vuoti. Se la larghezza di frequenza dell'acustica di scansione è sufficiente, anche i difetti interni dei giunti di saldatura possono essere rilevati direttamente. Una tipica immagine acustica di scansione utilizza un colore rosso di avvertimento per indicare l'esistenza di difetti. Poiché nel processo SMT viene utilizzato un gran numero di componenti confezionati in plastica, durante la conversione da piombo a processo privo di piombo vengono generati molti problemi di sensibilità al riflusso dell'umidità. Vale a dire, i dispositivi confezionati in plastica assorbenti dell'umidità sperimenteranno crepe interne o di delaminazione del substrato durante il riflusso ad una temperatura di processo più elevata senza piombo e PCB comuni esploderanno spesso sotto l'alta temperatura del processo senza piombo. In questo momento, il microscopio acustico a scansione evidenzia i suoi vantaggi speciali nel test non distruttivo di PCB multistrato ad alta densità. Generalmente, le esplosioni evidenti possono essere rilevate solo dall'ispezione visiva dell'aspetto.

L'analisi micro-infrarossa è un metodo di analisi che combina spettroscopia infrarossa e microscopio. Utilizza il principio di assorbimento differente degli spettri infrarossi da diversi materiali (principalmente materia organica) per analizzare la composizione composta del materiale e combinato con il microscopio può rendere la luce visibile e la luce infrarossa la stessa. Il percorso della luce, purché sia nel campo visivo visibile, è possibile trovare le tracce di inquinanti organici da analizzare. Senza la combinazione di un microscopio, la spettroscopia infrarossa di solito può analizzare solo campioni con una grande quantità di campioni. Tuttavia, in molti casi nella tecnologia elettronica, il micro-inquinamento può portare a una scarsa saldabilità dei pad PCB o perni di piombo. È concepibile che sia difficile risolvere problemi di processo senza spettroscopia infrarossa con un microscopio. Lo scopo principale dell'analisi micro-infrarossa è analizzare i contaminanti organici sulla superficie saldata o sulla superficie del giunto di saldatura e analizzare la causa della corrosione o della scarsa saldabilità.

Il microscopio elettronico di scansione (SEM) è uno dei sistemi di imaging di microscopia elettronica su larga scala più utili per l'analisi di guasto. Il suo principio di funzionamento è quello di utilizzare il fascio di elettroni emesso dal catodo per essere accelerato dall'anodo e per formare un fascio con un diametro di decine a decine. Con una corrente di fascio di elettroni di diverse migliaia di angstroms (A), sotto la deviazione della bobina di scansione, il fascio di elettroni scansiona la superficie del campione punto per punto in una certa sequenza di tempo e spazio. Questo fascio di elettroni ad alta energia bombarda la superficie del campione e ecciterà Una varietà di informazioni è in uscita e varie grafiche corrispondenti possono essere ottenute dallo schermo di visualizzazione dopo la raccolta e l'ingrandimento. Gli elettroni secondari eccitati sono generati nell'intervallo di 5~10nm sulla superficie del campione. Pertanto, gli elettroni secondari possono riflettere meglio la morfologia della superficie del campione, quindi sono più comunemente utilizzati per l'osservazione morfologica; Mentre gli elettroni arretrati eccitati sono generati sulla superficie del campione Nell'intervallo di 100 ~ 1000nm, gli elettroni arretrati con caratteristiche diverse sono emessi in base al numero atomico della sostanza. Pertanto, l'immagine elettronica backspreed ha le caratteristiche morfologiche e la capacità di distinguere il numero atomico. Pertanto, l'immagine dell'elettrone retrodispersa può riflettere l'elemento chimico. Distribuzione degli ingredienti. L'attuale microscopio elettronico a scansione ha funzioni molto potenti. Qualsiasi struttura fine o caratteristica superficiale può essere ingrandita a centinaia di migliaia di volte per l'osservazione e l'analisi.

Nell'analisi dei guasti di PCB o giunti di saldatura, SEM viene utilizzato principalmente per analizzare il meccanismo di guasto. Nello specifico, viene utilizzato per osservare la struttura topografica della superficie del pad, la struttura metallografica del giunto di saldatura, misurare il composto intermetallico e il rivestimento di saldabilità Analizzare e fare analisi e misurazione della frusta di stagno. A differenza del microscopio ottico, il microscopio elettronico a scansione produce un'immagine elettronica, quindi solo in bianco e nero. Il campione del microscopio elettronico a scansione deve essere conduttivo e il non conduttore e alcuni semiconduttori devono essere spruzzati con oro o carbonio. In caso contrario, l'accumulo di cariche sulla superficie del campione inciderà sull'osservazione del campione. Inoltre, la profondità di campo dell'immagine del microscopio elettronico a scansione è di gran lunga superiore a quella del microscopio ottico ed è un metodo di analisi importante per campioni irregolari come la struttura metallografica, la frattura microscopica e la frusta di stagno.

Sette, analisi dello spettro di energia a raggi X Il microscopio elettronico a scansione menzionato sopra è generalmente dotato di uno spettrometro di energia a raggi X. Quando un fascio di elettroni ad alta energia colpisce la superficie del campione, gli elettroni interni negli atomi del materiale superficiale sono bombardati e sfuggiti. Quando gli elettroni esterni passano ad un livello di energia inferiore, i raggi X caratteristici saranno eccitati, che è caratteristica di diversi livelli di energia atomica di diversi elementi. I raggi X sono diversi. Pertanto, i raggi X caratteristici emessi dal campione possono essere analizzati come composizione chimica. Allo stesso tempo, secondo il segnale a raggi X di rilevazione come lunghezza d'onda caratteristica o energia caratteristica, gli strumenti corrispondenti sono chiamati spettrometro a dispersione spettrale (abbreviato come spettrometro, WDS) e spettrometro a dispersione di energia (abbreviato come spettrometro di energia, EDS), e la risoluzione dello spettrometro è superiore allo spettrometro di energia, e la velocità di analisi dello spettrometro di energia è più veloce di quella dello spettrometro. A causa della velocità veloce e del basso costo dello spettrometro di energia, la configurazione generale del microscopio elettronico a scansione è lo spettrometro di energia.

Con i diversi metodi di scansione del fascio di elettroni, lo spettrometro di energia può eseguire l'analisi del punto superficiale, l'analisi della linea e l'analisi della superficie e può ottenere informazioni sulla diversa distribuzione degli elementi. L'analisi dei punti ottiene tutti gli elementi di un punto; l'analisi della linea esegue ogni volta un'analisi di un elemento su una linea specificata e scansiona più volte per ottenere la distribuzione della linea di tutti gli elementi; L'analisi superficiale analizza tutti gli elementi in una superficie specificata e il contenuto dell'elemento misurato è

Nell'analisi del PCB, lo spettrometro di energia viene utilizzato principalmente per l'analisi dei componenti della superficie del pad e l'analisi degli elementi dei contaminanti superficiali del pad e del pin di piombo con scarsa saldabilità. L'accuratezza dell'analisi quantitativa dello spettrometro di energia è limitata e il contenuto di meno dello 0,1% non è generalmente facile da rilevare. L'uso combinato di spettroscopia energetica e SEM può ottenere informazioni sulla morfologia superficiale e sulla composizione allo stesso tempo, motivo per cui sono ampiamente utilizzati.

8. Spettroscopia fotoelettronica (XPS) Quando il campione è irradiato dai raggi X, gli elettroni interni del guscio degli atomi di superficie si romperanno dal legame del nucleo atomico e sfuggiranno alla superficie solida per formare elettroni. Misurando l'energia cinetica Ex, si può ottenere l'energia di legame Eb degli elettroni del guscio interno degli atomi. I gusci elettronici diversi variano. È il parametro di identificazione "impronta digitale" dell'atomo e lo spettro risultante è la spettroscopia fotoelettronica (XPS). XPS può essere utilizzato per l'analisi qualitativa e quantitativa degli elementi sulla superficie bassa (diversi nanometri) della superficie del campione. Inoltre, le informazioni sulla valenza chimica degli elementi possono essere ottenute anche sulla base dello spostamento chimico dell'energia legante. Può dare informazioni sullo stato di valenza atomica dello strato superficiale e sul legame degli elementi circostanti; il fascio incidente è un fascio fotonico a raggi X, quindi può essere analizzato per isolare i campioni senza danneggiare il campione analizzato per una rapida analisi multi-elemento; L'analisi longitudinale della distribuzione degli elementi viene eseguita su più strati (vedi il caso seguente), e la sensibilità è molto superiore a quella dello spettro energetico (EDS). XPS è utilizzato principalmente per l'analisi della qualità del rivestimento del pad, l'analisi degli inquinanti e l'analisi del grado di ossidazione nell'analisi del PCB per determinare le cause profonde di scarsa saldabilità.

Nove, calorimetria differenziale a scansione di analisi termica (Differential Scanning Calorim): metodo per misurare la differenza di potenza tra il materiale in ingresso e il materiale di riferimento e la relazione di temperatura (o tempo) sotto controllo della temperatura del programma. DSC è dotato di due insiemi di cavi di riscaldamento di compensazione sotto il campione e contenitore di riferimento. Quando la differenza di temperatura ΔT tra il campione e il riferimento si verifica a causa dell'effetto termico durante il processo di riscaldamento, il circuito differenziale dell'amplificatore termico e l'amplificatore differenziale di compensazione del calore possono essere utilizzati, fare la corrente che scorre nel cambiamento del cavo di riscaldamento di compensazione, bilanciare il calore su entrambi i lati, la differenza di temperatura ΔT scompare e registrare la differenza tra la potenza termica delle due compensazioni di riscaldamento elettriche sotto il campione e l'oggetto di riferimento con la relazione di cambiamento della temperatura (o del tempo), secondo questa relazione di cambiamento può essere utilizzata per studiare e analizzare le proprietà fisiche, chimiche e termodinamiche dei materiali. DSC ha una vasta gamma di applicazioni, ma nell'analisi PCB, viene utilizzato principalmente per misurare il grado di polimerizzazione di vari materiali polimerici utilizzati sul PCB (ad esempio, Figura 2) e la temperatura di transizione del vetro. Questi due parametri determinano il PCB nel processo successivo. Affidabilità.

Analizzatore termomeccanico (TMA): La tecnologia di analisi termomeccanica (analisi meccanica termica) viene utilizzata per misurare le prestazioni di deformazione di solidi, liquidi e gel sotto forza termica o meccanica sotto controllo della temperatura del programma. I metodi di carico comuni includono la compressione, l'inserimento dell'ago, l'allungamento, la flessione, ecc. La sonda di prova è sostenuta da un fascio a sbalzo e da una molla elicoidale fissata su di esso e un carico è applicato al campione attraverso un motore. Quando il campione è deformato, il trasformatore differenziale rileva questo cambiamento e lo elabora insieme a dati quali temperatura, stress e deformazione. Il rapporto tra la deformazione del materiale e la temperatura (o il tempo) sotto carico trascurabile può essere ottenuto. In base alla relazione tra deformazione e temperatura (o tempo), le proprietà fisiche, chimiche e termodinamiche dei materiali possono essere studiate e analizzate. TMA ha una vasta gamma di applicazioni. Viene utilizzato principalmente per i due parametri più critici del PCB nell'analisi del PCB: misurare il suo coefficiente di espansione lineare e la temperatura di transizione del vetro. I PCB con substrati con coefficienti di espansione troppo grandi spesso portano a rottura dei fori metallizzati dopo saldatura e assemblaggio.

A causa della tendenza di sviluppo ad alta densità del PCB e dei requisiti di protezione ambientale di piombo e alogeni-free, sempre più PCB hanno vari problemi di guasto come scarsa bagnatura, cracking, delaminazione, CAF e così via. Introdurre l'applicazione di queste tecniche di analisi nei casi reali. L'acquisizione del meccanismo di guasto e delle cause del PCB sarà vantaggiosa per il controllo di qualità del PCB in futuro, in modo da evitare il ripetersi di problemi simili.