PCB技術 - PCB故障解析技術の概観

様々なコンポーネントのキャリアとして、回路信号伝送のハブとして, PCB 電子情報製品の重要かつ重要な部分となっている. その品質と信頼性レベルは、装置全体の品質と信頼性を決定します. しかし, 費用と技術的理由から, の生産とアプリケーションの多くの故障問題があります PCB.

この故障問題のために，製造中のpcbの品質と信頼性レベルを確保するために，いくつかの共通故障解析技術を使用する必要がある。したがって、PCB製造業界のシニア企業として、深センJieduobang Technology社の王ゴングは、故障分析技術について話をするときに、PCBの故障解析の9つの技術を要約することに焦点を当てた：外観検査、X線透視、金属組織セクション分析、熱分析、光電子分光分析、マイクロ赤外分析走査型電子顕微鏡分析とX線分光分析

次に、いくつかの一般的な故障解析手法が使用されます。pcbの構造特性と主破壊モードの間に，金属組織解析は破壊的解析技術である。これらの2つの技術を使用すると、サンプルが破損され、回復することはできませんさらに、試料調製の要件のために、走査型電子顕微鏡分析およびX線エネルギースペクトル分析は、サンプルを部分的に破壊する必要がある。また、解析の過程では、故障箇所の確認や故障原因の検証により、熱応力、電気的性質、溶接性試験、寸法測定などの試験技術を用いる必要がある。

外観検査外観検査は、視界顕微鏡、金属顕微鏡、さらに拡大ガラスなどの簡単な器具を使用して、PCBの外観を確認し、故障した部品および関連する物理的証拠を見つけるためのものである。主な機能は故障を見つけ，あらかじめPCBの故障モードを判定することである。外観検査は主にバッチや個人などの汚染，腐食，pcb爆発の位置，回路配線や故障の規則性をチェックし，特定の領域などに常に集中しているかどうか，さらにpcbaを組み立てた後に多くのpcb障害を発見した。また、組立工程の影響やプロセスに用いられる材料の影響によって故障が発生したかどうかは、不良領域の特性を注意深くチェックする必要がある。

X線透視検査は、目視検査によって検出できない部分や、貫通孔の内部欠陥などのX線透視検査が使用できる。X線透視システムは、異なる材料厚みまたは異なる材料密度のX線湿気吸収または透過率の異なる原則をイメージに使用します。この技術は、PCBエーはんだ接合部の内部欠陥、スルーホールの内部欠陥および高密度パッケージBGAまたはCSPデバイスの不良はんだ接合部の位置決めを確認するために使用される。現在，産業用x線透視装置の分解能は1ミクロン以下に達することができ，二次元から三次元の撮像装置へと変化している。5次元（5 d）装置は包装検査のために使用されてきたが，この5 d x線透視システムは非常に価値があり，工業にはほとんど適用されていない。

スライス解析スライス解析は、サンプリング、モザイク、スライス、研磨、腐食、観察などの一連の手段およびステップを介してPCBの断面構造を得るプロセスである。スルースライス解析により、PCB（スルーホール、コーティング等）の品質を反映した微細構造に関する豊富な情報を得ることができ、次の品質向上のための良好な基礎を提供する。しかし、この方法は破壊的です。一度スライス、サンプルが破壊されます同時に、この方法は試料調製のための高い要件を有し、十分に訓練を受けた技術者を必要とする長い時間を要する。詳細なスライス処理については、IPC - TM - 650 2.1.1とIPC - MS - 810を参照してください。

走査型超音波顕微鏡，cモード超音波走査型音響顕微鏡は，主に電子実装や組立解析に用いられる。高周波超音波の反射によって生成される振幅，位相，極性の変化を材料の不連続な界面に与える。走査方法は、X軸方向の情報をZ軸に沿って走査する方法である。したがって、走査型超音波顕微鏡は、クラック、剥離、介在物および空洞を含む構成要素、材料、PCB、およびPCBA中の様々な欠陥を検出するために使用することができる。走査音響の周波数幅が十分であれば、はんだ接合の内部欠陥を直接検出することもできる。典型的な走査音響像は、赤色の警告色を有する欠陥の存在を示す。SMTプロセスでは、多数のプラスチック封止部品が使用されるので、鉛を鉛フリープロセスに変換する工程において、大量の水分還流に敏感な問題が発生する。すなわち、吸湿性プラスチック封止コンポーネントは、より高い無鉛プロセス温度で再流動するとき、内部または基板の剥離剥離を有するであろう。無鉛プロセスの高温では、通常のPCBはしばしば爆発する。このとき，走査型超音波顕微鏡は多層高密度pcb非破壊試験で特別な利点を強調した。一般的な明白な爆発板は、視覚的な外観だけで見つけることができます。

マイクロ赤外分光分析法は赤外線スペクトルと顕微鏡を組み合わせた解析法である。材料の化合物組成を分析するために，異なる材料（主に有機物）による赤外スペクトルの異なる吸収の原理を用いる。顕微鏡と組み合わせて、可視光と赤外線は、同じ光路になることができます、彼らが視野の見える視野にある限り、我々は分析される痕跡有機汚染物質を見つけることができます。顕微鏡の組み合わせがなければ，赤外スペクトルは大量の試料を持つ試料のみを分析することができる。多くの場合、電子技術のマイクロ汚染はPCBパッドまたはリードピンのはんだ付け性が悪い。顕微鏡を備えた赤外スペクトルなしでプロセス問題を解くことは難しいと想像できる。マイクロ赤外線解析の主目的は，溶接表面やはんだ接合面の有機汚染物質を分析し，腐食の原因や溶接不良性を解析することである。

走査型電子顕微鏡解析走査電子顕微鏡（sem）は，故障解析のための有用な大規模電子顕微鏡画像システムである。その動作原理は、陰極によって放出された電子ビームが陽極によって加速され、磁気レンズによって集束され、直径が数十から数千オングストローム（a）の電子ビームを形成することである。走査コイルの偏向の下で、電子ビームは、一定時間及び空間順序で試料表面上で点間走査移動を行う。試料表面上のこの高エネルギー電子ビームの衝撃は様々な情報を刺激する。収集および増幅の後、さまざまな対応するグラフィックは、表示画面から得られることが可能である。励起された二次電子は試料表面に5〜10 nmの範囲で発生する。したがって、二次電子は、試料表面の形態をより良く反映することができるので、形態観察にしばしば使用される励起された後方散乱電子は試料表面上で100〜1000 nmの範囲で生成され，異なる原子番号の物質で異なる特性をもつ後方散乱電子を放出する。従って，後方散乱電子像は形態的特徴と原子番号を区別できる。したがって、後方散乱電子像は、化学元素の分布を反映することができる。現在，走査型電子顕微鏡の機能は非常に強力である。どんな微細構造または表面特徴も観察と分析のために何十万回も拡大されることができます。

pcbまたははんだ接合の故障解析では，semを用いて故障機構を解析した。具体的には，パッド表面の形態や構造，はんだ接合部の微細構造，金属間化合物の測定，はんだ付け可能な皮膜の分析，錫ホイスカの測定などに用いられる。光学顕微鏡とは異なり、走査型電子顕微鏡は電子画像であるため、黒と白のみである。走査型電子顕微鏡の試料は導電性が必要である。非導体およびいくつかの半導体は金または炭素で噴霧される必要がある。そうでなければ、電荷は試料表面に蓄積され、試料の観察に影響を及ぼす。また，sem像の被写界深度は光学顕微鏡よりもはるかに大きい。金属組織，微細破壊，スズホイスカなどの不均一試料の重要な解析法である。

X線エネルギースペクトル分析は、一般にX線エネルギー分光計を備えている。高エネルギー電子線が試料表面に衝突すると、表面物質の原子内の内部電子は衝撃を受け、逃避し、外側の電子が低エネルギーレベルに遷移すると、特性X線が励起される。異なる元素の異なる原子エネルギーレベルによって放出される特性X線は、異なる。したがって、試料によって放出される特性X線を化学組成分析に用いることができる。同時に、検出されたX線信号の特性波長や特性エネルギーに応じて、スペクトル分散分光計（WDS）およびエネルギー分散分光計（EDS）と呼ばれる。スペクトロメータの分解能は分光計のそれより高く，分光計の分析速度は分光計より速い。エネルギースペクトロメータは高速で低コストであるため，一般的な走査型電子顕微鏡はエネルギースペクトロメータを備えている。

電子ビームの異なる走査モードでは，エネルギースペクトロメータは表面分析，線解析，表面分析を行い，異なる元素分布の情報を得ることができる。点のすべての要素は、点解析によって得られる行解析：毎回指定された行の要素解析を行い、すべての要素の行の分布を取得するために複数回スキャンします表面分析は、所定の表面のすべての元素を分析し、測定された元素含有量は測定表面範囲の平均値である。

pcbの分析では，パッド表面の組成分析とはんだ付け性の悪いパッドとリードピン表面の汚染物質の元素分析のためにエネルギースペクトロメータが主に用いられている。エネルギースペクトロメータの定量分析の精度は制限され、0.1 %以下の内容は一般的に検出することが容易ではない。エネルギースペクトルとsemの組み合わせは，表面形態と組成の情報を同時に得ることができ，広く使用されている理由である。

X線で試料を照射すると、表面原子の内殻電子は原子核の束縛から逃れ、固体表面に電子を形成する。運動エネルギーExを測定することにより、原子の内殻電子の結合エネルギーEBを得ることができる。EBは異なる要素と異なる電子シェルで異なります。原子の「指紋」同定パラメータであり，形成されたスペクトル線は光電子分光法（xps）である。また，結合エネルギーの化学シフトにより元素の化学価に関する情報を得ることができる。表面層原子と周囲の元素の原子価状態の間の結合に関する情報を与えることができる入射ビームはX線光子ビームであるので、迅速な多元素分析のための分析試料を損傷することなく、試料分析を絶縁するために使用することができるアルゴンイオンストリッピングの場合，多層膜の縦方向元素分布解析も行うことができ（後に参照），感度はエネルギースペクトル（eds）のそれよりもはるかに高い。pcb分析において，xpsは主にパッド被覆品質分析，汚染物質分析及び酸化度分析に使用され，はんだ付け性の悪い原因を決定した。

熱分析示差走査熱量測定（DSC）−物質と基準物質に対する電力差入力とプログラム温度制御下の温度（または時間）との間の関係を測定する方法。dscは試料と基準容器の下に2個の補償加熱ワイヤを装備している。加熱時の熱効果により試料と基準との温度差がある場合には、補償用熱配線に流れる電流を差動熱増幅回路及び差動熱補償増幅器を介して変化させることができる。

そして、両側の熱をバランスさせ、温度差を小さくし、温度が低下しない場合には、試料の下で2つの電気熱補償によって補償される熱電差の差と温度（または時間）との間の変化関係を記録する。この変化関係により，材料の物理化学的及び熱力学的性質を研究し解析した。dscは広く使用されているが，pcbの分析においては，pcb上の種々の高分子材料の硬化度（図2）やガラス転移温度を測定するために主に使用されている。これら2つのパラメータは後続プロセスにおけるpcbの信頼性を決定する。

熱機械分析器（TMA）：熱機械分析（熱機械分析）分析 技術）固体の変形特性を測定するために、温度制御下での熱または機械力下での液体とゲル. 一般的に使用される負荷モードは圧縮, 針挿入, 伸縮. 試験プローブは、片持ち梁及びコイルばねに固定されている, そして、負荷はモーターを通ってサンプルに加えられる. 試料が変形した場合, 差動変圧器はこの変化を検出する, そして、温度のデータと共にそれを処理する, 応力とひずみ, これにより、無視できる荷重における材料の変形と温度（または時間）との関係が得られる。変形と温度（または時間）との関係に応じて、材料の物理化学的および熱力学的性質を研究し解析することができる. TMAは広く使われている. 分析において PCB，これは主に プリント配線板線膨張係数とガラス転移温度の測定. PCB膨張係数が大きくなると溶接後の金属穴の破壊破壊につながることが多い プリント配線板アセンブリ.

の開発動向のため PCB 鉛フリー及びハロゲンフリーの高密度及び環境条件, ますます PCBはいろいろな失敗問題を抱えています, 濡れないような, plate 爆発, 剥離, CAF等. これらの分析技術の実際の応用を紹介した. 買収 PCB 故障のメカニズムと原因はPCB基板将来的に, 同様の問題の再発を避けるために.