Teknik PCB - Paparan ringkasan teknologi analisis kegagalan PCB

Sebagai pembawa pelbagai komponen dan pusat penghantaran isyarat sirkuit, PCB telah menjadi bahagian penting dan kunci produk maklumat elektronik. Aras kualitinya dan kepercayaan menentukan kualiti dan kepercayaan seluruh peralatan. Namun, disebabkan biaya dan alasan teknikal, terdapat banyak masalah kegagalan dalam produksi dan aplikasi PCB.

Untuk masalah kegagalan ini, kita perlu menggunakan beberapa teknologi analisis kegagalan umum untuk memastikan kualiti dan kepercayaan PCB semasa penghasilan. Oleh itu, sebagai perusahaan senior dalam industri proofing PCB, Wang Gong dari Shenzhen jieduobang Technology Co., Ltd. fokus pada mengurangkan sembilan teknologi untuk analisis kegagalan PCB apabila bercakap tentang teknologi analisis kegagalan, Termasuk: pemeriksaan penampilan, fluoroskopi X-ray, analisis seksyen metalografik, analisis panas, analisis spektroskopi fotoelektron, analisis inframerah mikro, Pengimbas analisis mikroskopi elektron dan analisis spektroskopi sinar-X.

Kemudian beberapa teknik analisis kegagalan umum akan digunakan. Antara ciri struktur PCB dan mod kegagalan utama, analisis seksyen metalografik adalah teknologi analisis yang merusak. Setelah kedua-dua teknologi ini digunakan, sampel akan rosak dan tidak dapat dikembalikan; Selain itu, kerana keperluan persiapan sampel, pengimbasan analisis mikroskop elektron dan analisis spektrum tenaga-sinar-X kadang-kadang perlu menghancurkan sampel sebahagian. Selain itu, dalam proses analisis, disebabkan keperluan lokasi kegagalan dan pengesahan penyebab kegagalan, mungkin perlu menggunakan teknologi ujian seperti tekanan panas, ciri-ciri elektrik, ujian kesesuaian dan pengukuran dimensi, yang tidak akan dikenalpasti secara khusus di sini.

PCB

1. Pemeriksaan penampilan pemeriksaan penampilan adalah untuk memeriksa secara visual atau menggunakan beberapa alat sederhana, seperti stereomikroskop, mikroskop metalografik dan bahkan kaca peningkatan, untuk memeriksa penampilan PCB dan mencari bahagian gagal dan bukti fizikal yang berkaitan. Fungsi utamanya adalah untuk mencari kegagalan dan menilai secara awal mod kegagalan PCB. Pemeriksaan penampilan terutama memeriksa pencemaran, kerosakan, kedudukan letupan PCB, kabel sirkuit dan keadilan kegagalan, seperti batch atau individu, sama ada ia sentiasa berkoncentrasi di kawasan tertentu, dll. Selain itu, banyak kegagalan PCB ditemui selepas berkumpul PCBA. Sama ada kegagalan disebabkan oleh pengaruh proses pemasangan dan bahan yang digunakan dalam proses juga perlu memeriksa dengan hati-hati ciri-ciri kawasan kegagalan.

2. Pemeriksaan fluoroskopi-sinar-X untuk beberapa bahagian yang tidak dapat dikesan melalui pemeriksaan visual, serta kesalahan dalaman lubang melalui dan kesalahan dalaman lainnya PCB, sistem fluoroskopi-sinar-X hanya boleh digunakan untuk pemeriksaan. Sistem fluoroskopi-sinar-X menggunakan prinsip yang berbeza penyorban kelembapan sinar-X atau penghantaran tebal materi berbeza atau ketepatan materi berbeza kepada imej. Teknologi ini lebih digunakan untuk memeriksa cacat dalaman bagi kesatuan tentera PCBA, cacat dalaman melalui lubang dan kedudukan kesatuan tentera cacat bagi peranti BGA atau CSP pakej densiti tinggi. Pada masa ini, resolusi peralatan fluoroskopi X-ray industri boleh mencapai kurang dari satu mikron, dan ia berubah dari peralatan imej dua-dimensi ke peralatan imej tiga-dimensi. Bahkan peralatan lima dimensi (5d) telah digunakan untuk pemeriksaan pakej, tetapi sistem fluoroskopi sinar-X 5D ini sangat berharga dan mempunyai sedikit aplikasi praktik dalam industri.

3. Analisis potongan analisis slice adalah proses untuk mendapatkan struktur cross-sectional PCB melalui satu siri cara dan langkah seperti pengumpulan sampel, mosaic, potongan, polishing, corrosion dan pengawasan. Melalui analisis potongan, kita boleh mendapatkan maklumat yang kaya mengenai mikrostruktur yang mencerminkan kualiti PCB (melalui lubang, penutup, 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 mempunyai keperluan yang tinggi untuk persiapan sampel dan mengambil masa yang panjang, yang memerlukan teknikal yang dilatih dengan baik untuk menyelesaikan. Untuk proses potongan terperinci, rujuk ke IPC-TM-650 2.1.1 dan ipc-ms-810.

4. Mengimbas mikroskop akustik pada masa ini, mikroskop akustik pengimbas ultrasonik mod C terutamanya digunakan untuk pengemas elektronik atau analisis pengumpulan. Ia menggunakan perubahan amplitud, fasa dan polaritas yang dijana oleh refleksi ultrasound frekuensi tinggi pada antaramuka bahan ke imej yang tidak berhenti. Kaedah imbasan adalah untuk imbas maklumat pesawat X-Y sepanjang paksi Z. Oleh itu, pengimbasan mikroskop akustik boleh digunakan untuk mengesan beberapa cacat dalam komponen, bahan dan PCB dan PCBA, termasuk retak, delamination, inklusi dan guati. Jika lebar frekuensi bagi akustik imbas cukup, cacat dalaman kongsi solder juga boleh dikesan secara langsung. Imej akustik pengimbas biasa menunjukkan ada cacat dengan warna amaran merah. Kerana sejumlah besar komponen plastik yang dikumpulkan digunakan dalam proses SMT, sejumlah besar masalah sensitif refluks kelembapan berlaku dalam proses mengubah lead ke proses bebas lead, iaitu, komponen plastik yang menyerap kelembapan akan mempunyai retakan delaminasi dalaman atau substrat apabila refluks pada suhu proses bebas lead yang lebih tinggi, - Di bawah suhu tinggi proses bebas lead, PCB biasa sering meletup. Pada masa ini, pengimbasan mikroskop akustik menyatakan keuntungan khas dalam ujian PCB yang tidak menghancurkan berbilang lapisan. Plat letupan yang jelas umum hanya boleh dikesan dengan penampilan visual.

5. Analisis inframerah mikro analisis inframerah adalah kaedah analisis yang menggabungkan spektrum inframerah dengan mikroskop. Ia menggunakan prinsip penyorban berbeza spektrum inframerah dengan bahan-bahan berbeza (terutama bahan organik) untuk menganalisis komposisi komponen bahan-bahan. Bergabung dengan mikroskop, cahaya yang terlihat dan cahaya inframerah boleh berada di laluan cahaya yang sama, selama mereka berada di medan pandangan yang terlihat, Kita boleh mencari jejak peledak organik untuk dianalisis. Tanpa kombinasi mikroskop, spektrum inframerah hanya boleh menganalisis sampel dengan jumlah besar sampel. Dalam banyak kes, pencemaran mikro dalam teknologi elektronik boleh menyebabkan penyelamatan cacat pad PCB atau pin lead. Ia boleh dibayangkan bahawa ia sukar untuk menyelesaikan masalah proses tanpa spektrum inframerah yang dilengkapi dengan mikroskop. Tujuan utama dari analisis inframerah mikro adalah untuk menganalisis peledak organik di permukaan penyumbang atau permukaan kongsi penyumbang, dan menganalisis penyebab kerosakan atau penyumbang buruk.

6. Menimbas analisis mikroskop elektron Menimbas mikroskop elektron (SEM) adalah sistem imej mikroskop elektron skala besar yang berguna untuk analisis kegagalan. Prinsip kerjanya ialah cahaya elektron yang dihancurkan oleh katod dipercepat oleh anod dan fokus oleh lens a magnetik untuk membentuk cahaya elektron dengan diameter puluhan hingga ribuan angstrom (a). Di bawah defleksi koil imbas, cahaya elektron membuat titik demi titik imbas pergerakan pada permukaan sampel dalam tertib masa dan ruang tertentu. Pembom sinar elektron tenaga tinggi ini pada permukaan sampel akan menyebabkan berbagai maklumat. Selepas koleksi dan amplifikasi, pelbagai grafik yang sepadan boleh dicapai dari skrin paparan. Elektron sekunder yang teruja dijana dalam julat 5 ~ 10 nm pada permukaan sampel. Oleh itu, elektron sekunder boleh lebih baik mencerminkan morfologi permukaan sampel, jadi mereka sering digunakan untuk pengawasan morfologi; Elektron terpecah balik teruja dijana dalam julat 100 ~ 1000 nm pada permukaan sampel dan mengeluarkan elektron terpecah balik dengan ciri-ciri berbeza dengan bilangan atom berbeza bahan. Oleh itu, imej elektron terpecah belakang mempunyai kemampuan untuk membedakan karakteristik morfologi dan nombor atom. Oleh itu, imej elektron terpecah balik boleh mencerminkan distribusi unsur kimia. Pada masa ini, fungsi pemindaian mikroskop elektron 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 mengamati morfologi dan struktur permukaan pad, mikrostruktur kongsi solder, mengukur komponen intermetal, menganalisis penutup solderable, dan mengukur wisker tin. Berbeza dari mikroskop optik, mikroskop elektron pengimbas adalah imej elektronik, jadi ia hanya hitam dan putih. Sampel mikroskop elektron pengimbas diperlukan untuk konduktif. Bukan konduktor dan beberapa semikonduktor perlu disemprot dengan emas atau karbon, jika tidak muatan akan berkumpul pada permukaan sampel dan mempengaruhi pengamatan sampel. Selain itu, kedalaman medan imej SEM jauh lebih besar daripada mikroskop optik. Ia adalah kaedah analisis penting untuk sampel yang tidak sama seperti struktur metalografik, pecahan mikro dan wisker tin.

7. Analisis spektrum tenaga-sinar-X mikroskop elektron imbas yang disebut di atas secara umum dilengkapi dengan spektrometer tenaga-sinar-X. Apabila sinar elektron tenaga tinggi menyerang permukaan sampel, elektron dalaman dalam atom bahan permukaan dibombak dan melarikan diri, dan sinar-X karakteristik akan teruja apabila elektron luar bertukar ke aras tenaga rendah. Ciri-ciri sinar-X yang dikeluarkan oleh aras tenaga atom yang berbeza bagi unsur berbeza berbeza. Oleh itu, sinar-X karakteristik yang dikeluarkan oleh sampel boleh digunakan untuk analisis komposisi kimia. Pada masa yang sama, menurut panjang gelombang karakteristik atau tenaga karakteristik isyarat-sinar-X yang dikesan, instrumen yang sepadan dipanggil spektrometer penyebaran spektral (WDS) dan spektrometer penyebaran tenaga (EDS). Resolusi spektrometer lebih tinggi dari spektrometer, dan kelajuan analisis spektrometer lebih cepat dari spektrometer. Kerana spektrometer tenaga mempunyai kelajuan tinggi dan kos rendah, mikroskop elektron pengimbasan umum dilengkapi dengan spektrometer tenaga.

Dengan mod imbas yang berbeza bagi sinar elektron, spektrometer tenaga boleh melakukan analisis titik, analisis garis dan analisis permukaan pada permukaan, dan boleh mendapatkan maklumat pengedaran yang berbeza unsur. Semua unsur titik diperoleh oleh analisis titik; Analisis baris: buat analisis unsur pada baris tertentu setiap kali, dan imbas berbilang kali untuk mendapatkan distribusi baris semua unsur; Analisis permukaan menganalisis semua unsur dalam permukaan tertentu, dan kandungan unsur diukur adalah nilai rata-rata julat permukaan pengukuran.

Dalam analisis PCB, spektrometer tenaga terutamanya digunakan untuk analisis komposisi permukaan pad dan analisis unsur pencemaran di permukaan pad dan pin lead dengan keterbatasan yang lemah. Ketepatan analisis kuantitatif spektrometer tenaga terhad, dan kandungan di bawah 0.1% biasanya tidak mudah dikesan. Kombinasi spektrum tenaga dan SEM boleh mendapatkan maklumat tentang morfologi permukaan dan komposisi pada masa yang sama, yang merupakan sebab mengapa mereka digunakan secara luas.

8. Spektroskopi fotoelektron (XPS) apabila sampel disegerakan oleh sinar-X, elektron shell dalaman atom permukaan akan melarikan diri dari perlindungan nukleus atom dan membentuk elektron pada permukaan kuat. Dengan mengukur tenaga kinetik mereka ex, tenaga pengikatan EB elektron shell dalaman atom boleh dicapai. EB berbeza dengan unsur berbeza dan shell elektronik berbeza. Ia adalah parameter pengenalan "cap jari" atom, dan garis spektral terbentuk adalah spektroskopi fotoelektron (XPS) . XPS boleh digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif unsur permukaan rendah (beberapa nanoscale) pada permukaan sampel. Selain itu, maklumat mengenai valensi kimia unsur boleh dicapai mengikut pergerakan kimia tenaga ikatan. Ia boleh memberikan maklumat mengenai ikatan antara keadaan valensi atom lapisan permukaan dan unsur sekeliling; Cahaya masuk adalah cahaya foton-sinar-X, jadi ia boleh digunakan untuk mengisolasi analisis sampel tanpa merusak sampel yang diuji untuk analisis multi-elemen cepat; Dalam kes pelepasan ion argon, analisis distribusi unsur longitudinal bagi lapisan berbilang juga boleh dilakukan (lihat kemudian), dan sensitiviti jauh lebih tinggi daripada spektrum tenaga (EDS). Dalam analisis PCB, XPS terutamanya digunakan untuk analisis kualiti penutup pad, analisis pencemaran dan analisis darjah oksidasi untuk menentukan penyebab duduk dalam penyebab penyelamatan yang tidak baik.

9. Analisis panas kalorimetri pemindaian berbeza (DSC) - kaedah untuk mengukur hubungan antara perbezaan kuasa input ke bahan dan bahan rujukan dan suhu (atau masa) di bawah kawalan suhu yang diprogram. DSC dilengkapi dengan dua kumpulan wayar pemanasan kompensasi di bawah sampel dan bekas rujukan. Apabila terdapat perbezaan suhu antara sampel dan rujukan disebabkan kesan panas semasa pemanasan Î′ T, arus semasa ke dalam wayar pemanasan kompensasi boleh diubah melalui litar pemampilan panas berbeza dan pemampilan pemampilan panas berbeza,

Dan keseimbangan panas di kedua-dua sisi dan mengurangi perbezaan suhu Î′ T hilang, dan hubungan perubahan antara perbezaan kuasa panas yang dikumpensasi oleh dua kumpensasi elektrotermal di bawah sampel dan bahan rujukan dengan suhu (atau masa) direkam. Menurut hubungan perubahan ini, ciri-ciri fisikokimia dan termodinamik bahan-bahan boleh dipelajari dan dianalisis. DSC digunakan secara luas, tetapi dalam analisis PCB, ia terutama digunakan untuk mengukur darjah penyembuhan (seperti Figure 2) dan suhu trangsi kaca berbagai bahan polimer yang digunakan pada PCB. Kedua parameter ini menentukan kepercayaan PCB dalam proses berikutnya.

Penganalisis termomekanikal (TMA): Analis Mekanikal Terma (teknologi analisis termomekanikal) digunakan untuk mengukur ciri-ciri deformasi kuat, cair dan gel di bawah kuasa terma atau mekanikal di bawah kawalan suhu. Mod muatan yang biasa digunakan ialah pemampatan, penyisihan jarum, penambahan dan bengkok. Sond ujian disokong oleh cahaya kantilever dan spring koil yang ditetapkan padanya, dan muatan dilaksanakan pada sampel melalui motor. Apabila sampel disedeform, pengubah perbezaan mengesan perubahan ini, dan memprosesnya bersama dengan data suhu, tekanan dan ketegangan, untuk mendapatkan hubungan antara deformasi bahan di bawah muatan dan suhu (atau masa) yang tidak terlihat. Menurut hubungan antara deformasi dan suhu (atau masa), ciri-ciri fisikokimia dan termodinamik bahan-bahan boleh dipelajari dan dianalisis. TMA digunakan secara luas. Dalam analisis PCB, ia terutama digunakan untuk dua parameter kunci PCB: mengukur koeficien pengembangan linear dan suhu transisi kaca. PCB dengan koeficien pengembangan terlalu besar sering menyebabkan kegagalan pecahan lubang metalisasi selepas penyelesaian dan kumpulan PCB.

Kerana perkembangan ketepatan PCB tinggi dan keperluan persekitaran bebas lead dan bebas halogen, lebih dan lebih PCB mempunyai masalah kegagalan berbeza, seperti basah buruk, letupan plat, delamination, CAF dan sebagainya. Aplikasi teknik analitik ini dalam praktek diperkenalkan. Pemilihan mekanisme kegagalan PCB dan penyebab akan menyebabkan kawalan kualiti PCB pada masa depan, untuk mengelakkan ulangan masalah yang sama.