Teknologi PCBA - Analisi titik kunci teknologi kegagalan PCBA

Analisi pada titik kunci teknologi kegagalan PCBA Sebagai pembawa pelbagai komponen dan hub penghantaran isyarat sirkuit, PCB telah menjadi bahagian paling penting dan kritik produk maklumat elektronik. Kualiti dan kepercayaannya menentukan kualiti dan kepercayaan seluruh peralatan. Namun, kerana biaya dan alasan teknikal, banyak masalah kegagalan telah berlaku dalam produksi dan aplikasi PCB.

Ia mengambil begitu lama untuk menggunakan beberapa teknik analisis kegagalan umum. Antara ciri struktur PCB dan mod kegagalan utama, artikel ini akan fokus pada sembilan teknik untuk analisis kegagalan PCB, termasuk: pemeriksaan visual, fluoroskopi ray-X, analisis seksyen metalografik, analisis suhu, spektroskopi fotoelektron, papar analisis mikroinframerah, analisis mikroskop elektron dan analisis spektrum tenaga ray-X, dll. Analisis seksyen metalografik adalah teknik analisis yang merusak. Setelah kedua teknik ini digunakan, sampel akan dihancurkan dan tidak dapat dikembalikan; tambahan, kerana keperluan persiapan sampel, pengimbasan mikroskopi elektron dan analisis spektrum tenaga sinar-X kadang-kadang mungkin diperlukan sebahagian menghancurkan sampel. Selain itu, dalam proses analisis, kerana perlukan pengesahan lokasi kegagalan dan sebab kegagalan, mungkin perlu menggunakan teknik ujian seperti tekanan panas, prestasi elektrik, ujian kesesatan dan pengukuran saiz, dll., yang tidak akan dikenalpasti secara khusus di sini. .

1. Pemeriksaan visual · Pemeriksaan penampilan adalah untuk memeriksa penampilan PCB secara visual atau menggunakan beberapa alat sederhana, seperti mikroskop stereo, mikroskop metalografik atau bahkan kaca peningkatan, untuk mencari bahagian kegagalan dan bukti fizikal berkaitan. Fungsi utama adalah untuk mencari kegagalan dan awalnya menentukan mod kegagalan PCB. Pemeriksaan visual terutama memeriksa pencemaran PCB, kerosakan, lokasi letupan papan, kabel sirkuit dan keadilan kegagalan, jika ia adalah batch atau individu, ia sentiasa berkoncentrasi di kawasan tertentu, dll. Selain itu, banyak kegagalan PCB ditemui selepas disambung ke PCBA. Sama ada kegagalan disebabkan oleh pengaruh proses pemasangan dan bahan yang digunakan dalam proses juga memerlukan pemeriksaan hati-hati ciri-ciri kawasan kegagalan.

2. fluoroskopi-sinar-X Untuk beberapa bahagian yang tidak dapat diperiksa secara visual, serta kesalahan dalaman dan lain-lain dalam lubang melalui PCB, sistem fluoroskopi-sinar-X perlu digunakan untuk pemeriksaan. Sistem fluoroskopi-sinar-X menggunakan tebal materi berbeza atau densiti materi berbeza berdasarkan prinsip berbeza penyorban kelembapan atau penghantaran sinar-X untuk imej. Teknologi ini lebih digunakan untuk memeriksa cacat dalaman bagi kesatuan tentera PCBA, cacat dalaman lubang-melalui, dan posisi kesatuan tentera cacat bagi peranti BGA atau CSP dalam pakej densiti tinggi. Resolusi peralatan fluoroskopi ray-X industri semasa boleh mencapai satu mikron atau kurang, dan ia berubah dari peralatan imej dua-dimensi ke peralatan imej tiga-dimensi. Bahkan ada peralatan lima dimensi (5D) yang digunakan untuk pemeriksaan pakej, tetapi 5D X ini Sistem perspektif optik sangat mahal dan jarang mempunyai aplikasi praktik dalam industri.

Tiga, analisis potongan · Analisis potongan adalah proses untuk mendapatkan struktur salib-bahagian PCB melalui satu siri kaedah dan langkah seperti pengumpulan sampel, penerbangan, potongan, pencerahan, kerosakan, dan pengamatan. Melalui analisis potongan, kita boleh mendapatkan maklumat kaya mikrostruktur yang mencerminkan kualiti PCB (melalui lubang, plating, dll.), yang menyediakan dasar yang baik untuk peningkatan kualiti berikutnya. Namun, kaedah ini merusak. Setelah dipotong, sampel akan dihancurkan. Pada masa yang sama, kaedah ini memerlukan persiapan sampel yang tinggi dan mengambil masa yang lama untuk menyediakan sampel, yang memerlukan teknikal yang terlatih dengan baik untuk menyelesaikan. Untuk proses potongan terperinci, sila rujuk ke proses yang dinyatakan dalam IPC-TM-650 2.1.1 dan IPC-MS-810.

Empat, mengimbas mikroskop akustik. Saat ini, mikroskop akustik pengimbas ultrasonik mod C terutama digunakan untuk pengemas elektronik atau analisis pengumpulan. Ia menggunakan perubahan amplitud, fasa dan polaritas yang dijana oleh refleksi gelombang ultrasonik frekuensi tinggi pada antaramuka yang tidak berhenti bahan ke imej. Kaedah imbas sepanjang paksi Z imbas maklumat pada pesawat X-Y. Oleh itu, mikroskop akustik pengimbasan boleh digunakan untuk mengesan beberapa cacat dalam komponen, bahan, dan PCB dan PCBA, termasuk retak, delamination, inklusi, dan kosong. Jika lebar frekuensi akustik pengimbas cukup, cacat dalaman kongsi solder juga boleh dikesan secara langsung. Imej akustik pengimbas biasa menggunakan warna amaran merah untuk menunjukkan keberadaan cacat. Kerana sejumlah besar komponen pakej plastik digunakan dalam proses SMT, sejumlah besar isu sensitiviti reflow basah dijana semasa penukaran dari memimpin ke proses bebas lead. Maksudnya, peranti plastik yang menyerap kelembapan akan mengalami retakan delaminasi dalaman atau substrat semasa reflow pada suhu proses bebas lead yang lebih tinggi, dan PCB umum sering meletup di bawah suhu tinggi proses bebas lead. Pada masa ini, mikroskop akustik pengimbas menyatakan keuntungan khususnya dalam ujian yang tidak menghancurkan PCB padatan tinggi berbilang lapisan. Secara umum, letupan yang jelas boleh dikesan hanya dengan pemeriksaan visual penampilan.

5. Analisis mikroinframerah · Analisis mikroinframerah adalah kaedah analisis yang menggabungkan spektroskopi inframerah dan mikroskop. Ia menggunakan prinsip penyorban berbeza spektra inframerah dengan bahan-bahan berbeza (terutama bahan organik) untuk menganalisis komposisi komponen bahan-bahan, dan bergabung dengan mikroskop boleh membuat cahaya yang kelihatan dan cahaya inframerah sama. Laluan cahaya, selagi ia berada dalam medan pandangan yang kelihatan, anda boleh mencari jejak pencemaran organik untuk dianalisis. Tanpa kombinasi mikroskop, spektroskopi inframerah biasanya hanya boleh menganalisis sampel dengan sejumlah besar sampel. Bagaimanapun, dalam banyak kes dalam teknologi elektronik, pencemaran mikro boleh menyebabkan penyelamatan cacat pads PCB atau pin lead. Ia mungkin sukar untuk menyelesaikan masalah proses tanpa spektroskopi inframerah dengan mikroskop. Tujuan utama analisis micro-inframerah adalah untuk menganalisis kontaminan organik pada permukaan penyumbang atau permukaan kongsi solder, dan menganalisis penyebab kerosakan atau kesabaran yang buruk.

6. Menimbas analisis mikroskop elektron · Menimbas mikroskop elektron (SEM) adalah salah satu sistem imej mikroskop elektron skala besar yang paling berguna untuk analisis kegagalan. Prinsip kerjanya adalah untuk menggunakan sinar elektron yang dihancurkan dari katod untuk dipantar oleh anod dan untuk membentuk sinar dengan diameter puluh ke Dengan arus sinar elektron beberapa ribu angstrom (A), di bawah defleksi koil imbas, sinar elektron imbas permukaan titik sampel demi titik dalam urutan masa dan ruang tertentu. Elektron cahaya tenaga tinggi ini membom permukaan sampel dan akan menggairahkan pelbagai maklumat adalah output, dan pelbagai grafik yang sepadan boleh diperoleh dari skrin paparan selepas koleksi dan peningkatan. Elektron sekunder yang teruja dijana dalam julat 5~10 nm pada permukaan sampel. Oleh itu, elektron sekunder boleh lebih baik mencerminkan morfologi permukaan sampel, sehingga ia paling biasa digunakan untuk pengawasan morfologi; Sementara elektron terpecah balik teruja dijana pada permukaan sampel Dalam julat 100~1000nm, elektron terpecah balik dengan ciri-ciri berbeza dikeluarkan mengikut nombor atom bahan. Oleh itu, imej elektron terpecah balik mempunyai ciri-ciri morfologik dan kemampuan untuk membezakan nombor atom. Oleh itu, imej elektron terpecah balik boleh mencerminkan unsur kimia. Pengiriman bahan. Mikroskop elektron imbas semasa mempunyai fungsi yang sangat kuat. Setiap struktur halus atau ciri permukaan boleh dibesarkan ke ratusan ribu kali untuk pengawasan dan analisis.

Dalam analisis kegagalan PCB atau kongsi solder, SEM terutama digunakan untuk analisis mekanisme kegagalan. Secara khusus, ia digunakan untuk memerhatikan struktur topografik permukaan pad, struktur metalografik kongsi solder, mengukur komponen intermetal, dan penutup soterabiliti Analisa dan melakukan analisis dan pengukuran wisker tin. Tidak seperti mikroskop optik, mikroskop elektron pengimbas menghasilkan imej elektronik, jadi hanya hitam dan putih. Sampel mikroskop elektron pengimbas perlu konduktif, dan non-konduktor dan beberapa semikonduktor perlu disemprot dengan emas atau karbon. Jika tidak, akumulasi muatan di atas permukaan sampel akan mempengaruhi Perhatian sampel. Selain itu, kedalaman medan imej mikroskop elektron pengimbas jauh lebih besar daripada yang mikroskop optik, dan ia adalah kaedah analisis penting untuk sampel yang tidak sama seperti struktur metalografik, pecahan mikroskop dan wisker tin.

Tujuh, analisis spektrum tenaga-sinar-X Mikroskop elektron imbas yang disebut di atas biasanya dilengkapi dengan spektrometer tenaga-sinar-X. Apabila sinar elektron tenaga tinggi memukul permukaan sampel, elektron dalaman dalam atom bahan permukaan dibombak dan melarikan diri. Apabila elektron luar bergerak ke aras tenaga yang lebih rendah, sinar-X karakteristik akan teruja, yang merupakan karakteristik aras tenaga atom yang berbeza bagi unsur yang berbeza. X-ray berbeza. Oleh itu, sinar-X karakteristik yang dikeluarkan oleh sampel boleh dianalisis sebagai komposisi kimia. Pada masa yang sama, menurut isyarat deteksi sinar-X sebagai panjang gelombang karakteristik atau tenaga karakteristik, instrumen yang sepadan dipanggil spektrometer penyebaran spektral (dikurangkan sebagai spektrometer, WDS) dan spektrometer penyebaran tenaga (dikurangkan sebagai spektrometer tenaga, EDS), dan resolusi spektrometer Ia lebih tinggi daripada spektrometer tenaga, Dan kelajuan analisis spektrometer tenaga lebih cepat daripada spektrometer. Kerana kelajuan pantas dan biaya rendah spektrometer tenaga, konfigurasi mikroskop elektron pengimbas umum adalah spektrometer tenaga.

Dengan kaedah imbas yang berbeza bagi sinar elektron, spektrometer tenaga boleh melakukan analisis titik permukaan, analisis garis dan analisis permukaan, dan dapat mendapatkan maklumat mengenai distribusi yang berbeza unsur. Analisis titik mendapatkan semua unsur titik; analisis baris melakukan satu analisis unsur pada baris yang ditentukan setiap kali, dan imbas berbilang kali untuk mendapatkan distribusi baris semua unsur; analisis permukaan menganalisis semua elemen dalam permukaan tertentu, dan kandungan elemen diukur adalah nilai purata kawasan mengukur

Dalam analisis PCB, spektrometer tenaga terutamanya digunakan untuk analisis komponen permukaan pad, dan analisis elemen pencemaran permukaan pad dan pin lead dengan keterbatasan yang tidak baik. Ketepatan analisis kuantitatif spektrometer tenaga terhad, dan kandungan kurang dari 0.1% biasanya tidak mudah dikesan. Penggunaan bergabung spektroskopi tenaga dan SEM boleh mendapatkan maklumat tentang morfologi permukaan dan komposisi pada masa yang sama, sebab itulah mereka digunakan secara luas.

8. Spektroskopi Fotorelektron (XPS) . Apabila sampel disegerakan oleh sinar-X, elektron shell dalaman atom permukaan akan pecah dari ikatan nukleus atom dan melarikan diri dari permukaan kuat untuk membentuk elektron. Mengukur tenaga kinetik Ex, tenaga pengikatan Eb elektron shell dalaman atom boleh dicapai. Shell elektron berbeza berbeza. Ia adalah parameter pengenalan "cap jari" atom, dan spektrum yang berasal ialah spektroskopi fotolektron (XPS). XPS boleh digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif unsur pada permukaan rendah (beberapa nanometer) permukaan sampel. Selain itu, maklumat mengenai valensi kimia unsur juga boleh diperoleh berdasarkan pergerakan kimia tenaga ikatan. Ia boleh memberikan maklumat mengenai keadaan valensi atom lapisan permukaan dan ikatan unsur sekeliling; sinar insiden adalah sinar foton-sinar-X, jadi ia boleh dianalisis untuk mengisolasi sampel tanpa merusak sampel yang dianalisis untuk analisis multi-elemen cepat; ia juga boleh digunakan dalam kes pelepasan ion argon analisis distribusi unsur Longitudinal dilakukan pada lapisan berbilang (lihat kes berikut), dan sensitiviti jauh lebih tinggi daripada spektrum tenaga (EDS). XPS terutama digunakan untuk analisis kualiti penutup pad, analisis pencemaran dan analisis darjah oksidasi dalam analisis PCB untuk menentukan penyebab duduk dalam penyebab penyelamatan yang buruk.

Sembilan, analisis panas kalorimetri pemindaian berbeza (Kalorimetri Pemindaian berbeza): Kaedah untuk mengukur perbezaan kuasa antara bahan input dan bahan rujukan dan hubungan suhu (atau masa) di bawah kawalan suhu program. DSC dilengkapi dengan dua set wayar pemanasan kompensasi di bawah sampel dan bekas rujukan. Apabila perbezaan suhu Î′T antara sampel dan rujukan berlaku kerana kesan panas semasa proses pemanasan, litar pemanasan panas berbeza dan pemanasan panas berbeza boleh digunakan, Buat semasa mengalir ke dalam perubahan wayar pemanasan kompensasi, seimbang panas di kedua-dua sisi, perbezaan suhu Î′T hilang, Dan rekod perbezaan antara kuasa pemanasan dua kumpulan pemanasan elektrik di bawah sampel dan objek rujukan dengan hubungan perubahan suhu (atau masa), menurut hubungan perubahan ini boleh digunakan untuk mempelajari dan menganalisis ciri-ciri fizikal, kimia dan termodinamik bahan. DSC mempunyai julat luas aplikasi, tetapi dalam analisis PCB, ia terutama digunakan untuk mengukur darjah penyembuhan berbagai-bagai bahan polimer yang digunakan pada PCB (misalnya, Gambar 2) dan suhu trangsi kaca. Kedua parameter ini menentukan PCB dalam proses berikutnya. Kepercayaan.

Penganalisis Termomekanikal (TMA): Teknologi Analisi Termomekanikal (Analisi Mekanikal Terma) digunakan untuk mengukur prestasi deformasi kuat, cair dan geli di bawah kuasa terma atau mekanikal di bawah kawalan suhu program. Kaedah muatan umum termasuk pemampatan, Sisip jarum, penambahan, bengkok, dll. Sond ujian disokong oleh sinar kandilever dan spring koil yang ditetapkan padanya, dan muatan dilaksanakan pada sampel melalui motor. Apabila sampel disebabkan, pengubah perbezaan mengesan perubahan ini dan memprosesnya bersama dengan data seperti suhu, tekanan dan ketegangan. Hubungan antara deformasi bahan dan suhu (atau masa) di bawah muatan yang tidak terlihat boleh dicapai. Menurut hubungan antara deformasi dan suhu (atau masa), ciri-ciri fizikal, kimia dan termodinamik bahan-bahan boleh dipelajari dan dianalisis. TMA mempunyai julat luas aplikasi. Ia terutama digunakan untuk dua parameter paling kritik PCB dalam analisis PCB: mengukur koeficien pengembangan linear dan suhu trangsi kaca. PCB dengan substrat dengan koeficien pengembangan terlalu besar sering menyebabkan kegagalan pecahan lubang metalisasi selepas soldering dan assembly.

Kerana perkembangan densiti tinggi PCB dan keperluan perlindungan persekitaran bebas lead dan bebas halogen, lebih dan lebih PCB mempunyai masalah kegagalan berbeza seperti basah, retak, delamination, CAF dan sebagainya. Perkenalkan aplikasi teknik analisis ini dalam kes-kes yang sebenar. Pemilihan mekanisme kegagalan dan penyebab PCB akan bermanfaat untuk kawalan kualiti PCB di masa depan, supaya tidak ada masalah yang sama.