PCB Tecnico - Panoramica della tecnologia di analisi dei guasti PCB

Come vettore di vari componenti e hub della trasmissione del segnale del circuito, il PCB è diventato una parte importante e chiave dei prodotti di informazione elettronica. Il suo livello di qualità e affidabilità determinano la qualità e l'affidabilità dell'intera apparecchiatura. Tuttavia, a causa di costi e motivi tecnici, ci sono molti problemi di guasto nella produzione e nell'applicazione di PCB.

Per questo problema di guasto, abbiamo bisogno di utilizzare alcune tecnologie comuni di analisi dei guasti per garantire il livello di qualità e affidabilità del PCB durante la produzione. Pertanto, come impresa senior nel settore della prova PCB, Wang Gong di Shenzhen jieduobang Technology Co., Ltd. si è concentrato sulla sintesi di nove tecnologie per l'analisi dei guasti PCB quando si parla di tecnologia di analisi dei guasti, tra cui: ispezione dell'aspetto, fluoroscopia a raggi X, analisi della sezione metallografica, analisi termica, analisi spettroscopia fotoelettronica, analisi micro infrarossa, analisi di microscopia elettronica a scansione e analisi di spettroscopia a raggi X.

Poi verranno utilizzate alcune tecniche comuni di analisi dei guasti. Tra le caratteristiche strutturali del PCB e la modalità di guasto principale, l'analisi metallografica della sezione è una tecnologia di analisi distruttiva. Una volta utilizzate queste due tecnologie, il campione sarà danneggiato e non potrà essere recuperato; Inoltre, a causa dei requisiti di preparazione del campione, l'analisi del microscopio elettronico a scansione e l'analisi dello spettro energetico a raggi X a volte devono distruggere parzialmente il campione. Inoltre, nel processo di analisi, a causa delle esigenze di localizzazione dei guasti e di verifica delle cause di guasto, può essere necessario utilizzare tecnologie di prova come stress termico, proprietà elettriche, test di saldabilità e misurazione dimensionale, che non saranno introdotte appositamente qui.

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1. l'ispezione dell'aspetto dell'ispezione dell'aspetto è quella di ispezionare visivamente o utilizzare alcuni strumenti semplici, come lo stereomicroscopio, il microscopio metallografico e persino la lente di ingrandimento, per controllare l'aspetto del PCB e trovare le parti difettose e le prove fisiche pertinenti. La sua funzione principale è individuare il guasto e giudicare preliminarmente la modalità di guasto del PCB. L'ispezione dell'aspetto controlla principalmente l'inquinamento, la corrosione, la posizione di esplosione PCB, il cablaggio del circuito e la regolarità di guasto, come lotto o singolo, se è sempre concentrato in una certa area, ecc Inoltre, molti guasti PCB sono trovati dopo che PCBA è assemblato. Anche se il guasto è causato dall'influenza del processo di assemblaggio e dei materiali utilizzati nel processo deve controllare attentamente le caratteristiche dell'area di guasto.

2. ispezione di fluoroscopia a raggi X per alcune parti che non possono essere rilevate attraverso ispezione visiva, così come i difetti interni e altri difetti interni del PCB, il sistema di fluoroscopia a raggi X può essere utilizzato solo per ispezione. Il sistema di fluoroscopia a raggi X utilizza i diversi principi di assorbimento o trasmittanza di umidità a raggi X di spessore differente del materiale o densità differente del materiale all'immagine. 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 di dispositivi BGA o CSP confezionati ad alta densità. Attualmente, la risoluzione delle apparecchiature industriali di fluoroscopia a raggi X può raggiungere meno di un micron e sta cambiando da apparecchiature di imaging bidimensionali a apparecchiature tridimensionali. Anche le apparecchiature a cinque dimensioni (5d) sono state utilizzate per l'ispezione degli imballaggi, ma questo sistema di fluoroscopia a raggi X 5D è molto prezioso e ha poche applicazioni pratiche nell'industria.

L'analisi della fetta è il processo di ottenere la struttura trasversale del PCB attraverso una serie di mezzi e passaggi come campionamento, mosaico, affettatura, lucidatura, corrosione e osservazione. Attraverso l'analisi delle fette, possiamo ottenere informazioni ricche sulla microstruttura che riflette la qualità del PCB (attraverso foro, rivestimento, ecc.), che fornisce una buona base per il prossimo miglioramento della qualità. Tuttavia, questo metodo è distruttivo. Una volta affettato, il campione sarà distrutto; Allo stesso tempo, questo metodo ha elevati requisiti per la preparazione del campione e richiede molto tempo, che richiede tecnici ben addestrati per completare. Per un processo di affettatura dettagliato, fare riferimento a IPC-TM-650 2.1.1 e ipc-ms-810.

4. microscopio acustico di scansione attualmente, microscopio acustico di scansione ultrasonica C-mode è utilizzato principalmente per l'imballaggio elettronico o l'analisi dell'assemblea. Utilizza i cambiamenti di ampiezza, fase e polarità generati dalla riflessione di ultrasuoni ad alta frequenza sull'interfaccia discontinua dei materiali all'immagine. Il suo metodo di scansione è quello di scansionare le informazioni del piano X-Y lungo l'asse Z. Pertanto, il microscopio acustico a scansione può essere utilizzato per rilevare vari difetti in componenti, materiali e PCB e PCBA, tra cui crepe, delaminazione, inclusioni e cavità. Se la larghezza di frequenza dell'acustica di scansione è sufficiente, i difetti interni dei giunti di saldatura possono essere rilevati direttamente. L'immagine acustica tipica di scansione indica l'esistenza di difetti con un colore rosso di avvertimento. Poiché un gran numero di componenti incapsulati in plastica sono utilizzati nel processo SMT, un gran numero di problemi sensibili al reflusso dell'umidità si verificano nel processo di conversione del piombo in processo privo di piombo, vale a dire, i componenti incapsulati in plastica assorbente dell'umidità avranno crepe interne o di delaminazione del substrato durante il reflusso ad una temperatura di processo più elevata senza piombo, Sotto l'alta temperatura del processo senza piombo, il PCB ordinario esploderà spesso. In questo momento, il microscopio acustico a scansione evidenzia i suoi vantaggi speciali nel test non distruttivo PCB ad alta densità multistrato. La piastra generale ovvia di esplosione può essere rilevata solo dall'aspetto visivo.

5. L'analisi micro infrarossa di analisi micro infrarossa è un metodo di analisi che combina lo spettro infrarosso con il microscopio. Utilizza il principio di assorbimento differente dello spettro infrarosso da diversi materiali (principalmente sostanze organiche) per analizzare la composizione composta dei materiali. Combinato con microscopio, la luce visibile e la luce infrarossa possono essere nello stesso percorso luminoso, purché siano nel campo visivo visibile, possiamo trovare tracce di inquinanti organici da analizzare. Senza la combinazione del microscopio, lo spettro infrarosso può analizzare solo campioni con una grande quantità di campioni. In molti casi, il micro inquinamento nella tecnologia elettronica può portare a una scarsa saldabilità del pad PCB o del pin di piombo. Si può immaginare che è difficile risolvere il problema del processo senza spettro infrarosso dotato di microscopio. Lo scopo principale dell'analisi micro infrarossa è analizzare gli inquinanti organici sulla superficie saldata o sulla superficie del giunto di saldatura e analizzare le cause della corrosione o della scarsa saldabilità.

6. Il microscopio elettronico di scansione di analisi del microscopio elettronico (SEM) è un sistema di imaging elettronico microscopico utile su larga scala per l'analisi di guasto. Il suo principio di funzionamento è che il fascio elettronico emesso dal catodo è accelerato dall'anodo e messo a fuoco dalla lente magnetica per formare un fascio elettronico con un diametro di decine a migliaia di angstrom (a). Sotto la deviazione della bobina di scansione, il fascio elettronico fa un movimento di scansione punto per punto sulla superficie del campione in un certo ordine di tempo e spazio. Il bombardamento di questo fascio di elettroni ad alta energia sulla superficie del campione stimolerà una varietà di informazioni. Dopo la raccolta e l'amplificazione, varie grafiche corrispondenti possono essere ottenute dallo schermo di visualizzazione. Gli elettroni secondari eccitati sono generati nell'intervallo di 5 ~ 10 nm sulla superficie del campione. Pertanto, gli elettroni secondari possono riflettere meglio la morfologia della superficie del campione, quindi sono spesso utilizzati per l'osservazione morfologica; Gli elettroni arretrati eccitati sono generati nell'intervallo di 100 ~ 1000 nm sulla superficie del campione ed emettono elettroni arretrati con caratteristiche diverse con diversi numeri atomici di sostanze. Pertanto, l'immagine elettronica retrodispersa ha la capacità di distinguere caratteristiche morfologiche e numeri atomici. Pertanto, l'immagine dell'elettrone retrodispersa può riflettere la distribuzione degli elementi chimici. Attualmente, la funzione del microscopio elettronico a scansione è molto potente. 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 del PCB o del giunto di saldatura, SEM viene utilizzato principalmente per analizzare il meccanismo di guasto. Nello specifico, viene utilizzato per osservare la morfologia e la struttura della superficie del pad, la microstruttura del giunto di saldatura, misurare i composti intermetallici, analizzare il rivestimento saldabile e misurare la frusta di stagno. Diverso dal microscopio ottico, il microscopio elettronico a scansione è un'immagine elettronica, quindi è solo in bianco e nero. Il campione del microscopio elettronico a scansione deve essere conduttivo. I non conduttori e alcuni semiconduttori devono essere spruzzati con oro o carbonio, altrimenti la carica si accumulerà sulla superficie del campione e influenzerà l'osservazione del campione. Inoltre, la profondità di campo dell'immagine SEM è molto più grande di quella del microscopio ottico. È un metodo di analisi importante per campioni irregolari come struttura metallografica, micro frattura e frusta di stagno.

7. analisi dello spettro di energia a raggi X il microscopio elettronico a scansione menzionato sopra è generalmente dotato di spettrometro di energia a raggi X. Quando il fascio di elettroni ad alta energia colpisce la superficie del campione, gli elettroni interni negli atomi del materiale superficiale vengono bombardati e fuggono e i raggi X caratteristici saranno eccitati quando gli elettroni esterni transitano al livello di bassa energia. I raggi X caratteristici emessi da diversi livelli di energia atomica di diversi elementi sono diversi. Pertanto, i raggi X caratteristici emessi dal campione possono essere utilizzati per l'analisi della composizione chimica. Allo stesso tempo, secondo la lunghezza d'onda caratteristica o l'energia caratteristica del segnale a raggi X rilevato, gli strumenti corrispondenti sono chiamati spettrometro a dispersione spettrale (WDS) e spettrometro a dispersione di energia (EDS). La risoluzione dello spettrometro è superiore a quella dello spettrometro e la velocità di analisi dello spettrometro è più veloce di quella dello spettrometro. Poiché lo spettrometro di energia ha alta velocità e basso costo, il microscopio elettronico a scansione generale è dotato di spettrometro di energia.

Con le diverse modalità di scansione del fascio di elettroni, lo spettrometro di energia può effettuare l'analisi dei punti, l'analisi delle linee e l'analisi superficiale sulla superficie e può ottenere le informazioni della distribuzione differente degli elementi. Tutti gli elementi di un punto sono ottenuti mediante analisi dei punti; Analisi linea: eseguire ogni volta un'analisi degli elementi su una linea specificata e scansionare più volte per ottenere la distribuzione linea di tutti gli elementi; L'analisi superficiale analizza tutti gli elementi in una superficie specificata e il contenuto degli elementi misurato è il valore medio dell'intervallo di superficie di misura.

Nell'analisi del PCB, lo spettrometro di energia viene utilizzato principalmente per l'analisi della composizione della superficie del pad e l'analisi degli elementi inquinanti sulla superficie del pad e del pin di piombo con scarsa saldabilità. L'accuratezza dell'analisi quantitativa dello spettrometro di energia è limitata e il contenuto inferiore allo 0,1% non è generalmente facile da rilevare. La combinazione di spettro energetico e SEM può ottenere informazioni sulla morfologia superficiale e la 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 sfuggiranno dal legame del nucleo atomico e formeranno elettroni sulla superficie solida. Misurando la loro energia cinetica ex, si può ottenere l'energia di legame EB degli elettroni del guscio interno degli atomi. EB varia con diversi elementi e diverse coperture elettroniche. È il parametro di identificazione "impronta digitale" degli atomi e la linea spettrale formata è spettroscopia fotoelettronica (XPS). XPS può essere utilizzato per l'analisi qualitativa e quantitativa di elementi superficiali superficiali (diversi nanoscale) sulla superficie del campione. Inoltre, le informazioni sulla valenza chimica degli elementi possono essere ottenute in base allo spostamento chimico dell'energia legante. Può fornire informazioni sul legame tra lo stato di valenza dell'atomo dello strato superficiale e gli elementi circostanti; Il fascio in entrata è fascio fotonico a raggi X, quindi può essere utilizzato per l'analisi del campione isolante senza danneggiare il campione analizzato per l'analisi rapida multi-elemento; Nel caso dello stripping degli ioni di argon, è possibile effettuare anche l'analisi longitudinale della distribuzione degli elementi di più strati (vedi più avanti), e la sensibilità è molto superiore a quella dello spettro energetico (EDS). Nell'analisi PCB, XPS è utilizzato principalmente per l'analisi della qualità del rivestimento del pad, l'analisi degli inquinanti e l'analisi del grado di ossidazione per determinare le cause profonde di scarsa saldabilità.

9. Calorimetria differenziale a scansione termica (DSC) - metodo per misurare la relazione tra la differenza di potenza immessa nella sostanza e la sostanza di riferimento e la temperatura (o il tempo) sotto controllo programmato della temperatura. DSC è dotato di due gruppi di cavi di riscaldamento di compensazione sotto il campione e il contenitore di riferimento. Quando c'è una differenza di temperatura tra il campione e il riferimento dovuta all'effetto termico durante il riscaldamento Δ T, la corrente che scorre nel cavo di riscaldamento di compensazione può essere cambiata attraverso il circuito differenziale di amplificazione termica e l'amplificatore differenziale di compensazione termica,

E bilanciare il calore su entrambi i lati e ridurre la differenza di temperatura Δ T scompare, e la relazione di cambiamento tra la differenza di potenza termica compensata da due compensazioni elettrotermiche sotto il campione e il materiale di riferimento con temperatura (o tempo) è registrata. In base a questa relazione di cambiamento, le proprietà fisico-chimiche e termodinamiche dei materiali possono essere studiate e analizzate. DSC è ampiamente usato, ma nell'analisi del PCB, è utilizzato principalmente per misurare il grado di indurimento (come la figura 2) e la temperatura di transizione del vetro di vari materiali polimerici utilizzati sul PCB. Questi due parametri determinano l'affidabilità del PCB nel processo successivo.

Analizzatore termomeccanico (TMA): L'analisi meccanica termica (tecnologia di analisi termomeccanica) viene utilizzata per misurare le proprietà di deformazione di solido, liquido e gel sotto forza termica o meccanica sotto il controllo della temperatura. Le modalità di carico comunemente utilizzate sono compressione, inserimento dell'ago, allungamento e piegatura. La sonda di prova è sostenuta dal fascio a sbalzo e dalla molla della bobina fissati su di esso ed il carico è applicato al campione attraverso il motore. Quando il campione è deformato, il trasformatore differenziale rileva questo cambiamento e lo elabora insieme ai dati di temperatura, stress e deformazione, in modo da ottenere il rapporto tra la deformazione del materiale sotto carico trascurabile e temperatura (o tempo). A seconda della relazione tra deformazione e temperatura (o tempo), le proprietà fisico-chimiche e termodinamiche dei materiali possono essere studiate e analizzate. TMA è ampiamente usato. Nell'analisi del PCB, viene utilizzato principalmente per due parametri chiave del PCB: misurare il suo coefficiente di espansione lineare e la temperatura di transizione del vetro. Il PCB con coefficiente di espansione troppo grande porta spesso al fallimento della frattura dei fori metallizzati dopo la saldatura e l'assemblaggio del PCB.

A causa della tendenza di sviluppo di PCB ad alta densità e dei requisiti ambientali di piombo e alogeni-free, sempre più PCB hanno vari problemi di guasto, come scarsa bagnatura, esplosione di piastre, delaminazione, CAF e così via. L'applicazione di queste tecniche analitiche nella pratica è introdotta. L'acquisizione del meccanismo e delle cause di guasto PCB favorirà il controllo di qualità del PCB in futuro, in modo da evitare il ripetersi di problemi simili.