PCBA科技 - PCBA失效科技關鍵點分析

分析關鍵點 PCBA failure technology
As the carrier of various components 和 the hub of circuit signal transmission,印刷電路板 已成為電子資訊產品中最重要、最關鍵的部分. 其質量和可靠性决定了整個設備的質量和可靠性. 然而, 由於成本和科技原因, 在生產和應用中出現了大量的故障問題 印刷電路板.

使用一些常見的故障分析科技需要很長時間。 在印刷電路板的結構特徵和主要失效模式之間，本文將重點介紹九種印刷電路板失效分析科技，包括：目視檢查、X射線透視、金相切片分析、熱分析、光電子能譜、顯示微紅外分析、掃描電鏡分析和X射線能譜分析， 金相截面分析是一種破壞性分析科技。 一旦使用這兩種科技，樣品就會被破壞，無法回收； 此外，由於樣品製備的要求，有時可能需要掃描電子顯微鏡和X射線能譜分析來部分破壞樣品。 此外，在分析過程中，由於需要驗證故障位置和故障原因，可能需要使用測試技術，如熱應力、電力效能、可焊性測試和尺寸量測等，此處將不具體介紹。

1 Visual 在裡面spection
Appearance inspection is to inspect the appearance of 印刷電路板 目視或使用一些簡單的儀器, 如立體顯微鏡, 金相顯微鏡甚至放大鏡, 查找故障部位及相關物證. 主要功能是定位故障並初步確定 印刷電路板. 目視檢查主要檢查 印刷電路板 污染, 腐蝕, 電路板爆裂的位置, 電路接線和故障規律, 如果是批量或單個, 它總是集中在某個區域嗎, 等. 此外, 許多的 印刷電路板 將故障組裝到 PCBA. 故障是否由裝配過程和過程中使用的資料的影響引起，也需要仔細檢查故障區域的特徵.

2 X射線透視
For some parts that cannot be visually inspected, 以及 印刷電路板, 必須使用X射線透視系統進行檢查. X射線透視系統根據X射線的吸濕或透射率的不同原理，使用不同的資料厚度或不同的資料密度進行成像. 該科技更多用於檢查 PCBA 焊點, 通孔內部缺陷, 以及BGA或CSP器件在高密度封裝中缺陷焊點的定位. 當前工業X射線透視設備的分辯率可以達到1微米或更小, 它正在從二維成像設備轉變為3維成像設備. There are even five-dimensional (5.D) equipment used for package inspection, 但是這種5D X光透視系統非常昂貴，在工業中很少有實際應用.

3, slice 分析
Slicing analysis is the process of obtaining the cross-sectional structure of the 印刷電路板 通過採樣等一系列方法和步驟, 鑲嵌, 切片, 拋光, 腐蝕, 和觀察. 通過切片分析, 我們可以獲得反映資料質量的豐富微觀結構資訊 印刷電路板 (through holes, 電鍍, 等.), 這為下一步的品質改進提供了良好的基礎. 然而, 這種方法具有破壞性. 一次切片, 樣品將不可避免地被破壞. 同時, 這種方法需要大量的樣品製備，並且需要很長的時間來製備樣品, 這需要訓練有素的科技人員來完成. 詳細切片過程, 請參攷IPC-TM-6.50 2中規定的過程.1.1和IPC-MS-8.10.

四, scanning acoustic microscope
At present, C型超聲掃描聲學顯微鏡主要用於電子封裝或組裝分析. 它使用振幅, 高頻超聲波在資料與影像的不連續介面上反射產生的相位和極性變化. 掃描方法是沿Z軸掃描X-Y平面上的資訊. 因此, 掃描聲學顯微鏡可用於檢測部件中的各種缺陷, 資料, and 印刷電路板s和 PCBAs, 包括裂縫, 分層, 夾雜物, 和空洞. 如果掃描聲學的頻率寬度足够, 也可以直接檢測焊點的內部缺陷. 典型的掃描聲影像使用紅色警告色來訓示缺陷的存在. 因為SMT工藝中使用了大量塑膠封裝組件, 在從含鉛到無鉛的轉換過程中，產生了大量的水分回流敏感性問題. 也就是說, 在無鉛工藝溫度較高的情况下，吸潮塑膠封裝器件在回流過程中會出現內部或基板分層開裂, 和普通 印刷電路板在無鉛過程的高溫下，s經常會爆炸. 此時, 掃描聲學顯微鏡突出了其在多層高密度資料無損檢測中的特殊優勢 印刷電路板s. 通常地, 只有通過目視檢查外觀才能檢測到明顯的爆裂.

5. Micro-infrared analysis
Micro-infrared analysis is an analysis method that combines infrared spectroscopy and microscope. It uses the principle of different absorption of infrared spectra by different 材料 (mainly organic matter) to analyze the compound composition of the 材料, 並結合顯微鏡可以使可見光和紅外光相同. 光路, 只要它在可見視野內, 你可以找到要分析的微量有機污染物. 沒有顯微鏡的組合, 紅外光譜學通常只能分析大量樣品. 然而, 在許多情况下，在電子技術領域, 微污染會導致焊接性差 印刷電路板焊盤 or lead pins. 可以想像，如果沒有顯微鏡的紅外光譜，很難解决工藝問題. 微紅外分析的主要目的是分析焊接表面或焊點表面的有機污染物, 並分析腐蝕或可焊性差的原因.

6. Scanning electron microscope analysis
Scanning electron microscope (SEM) is one of the most useful large-scale electron microscopy imaging systems for 故障分析. Its working principle is to use the electron beam emitted from the cathode to be accelerated by the anode and to form a beam with a diameter of tens to With an electron beam current of several thousand angstroms (A), 在掃描線圈偏轉的情况下, 電子束按一定的時間和空間順序逐點掃描樣品表面. 這種高能電子束轟擊樣品表面，並將激發輸出的各種資訊, 經過採集和放大，可以從顯示幕上獲得各種相應的圖形. 激發的二次電子在樣品表面5～10nm範圍內產生. 因此, 二次電子可以更好地反映樣品表面的形貌, 囙此，它們最常用於形態學觀察； 在100～1000nm範圍內，樣品表面產生激發的背散射電子, 具有不同特性的背散射電子根據物質的原子序數發射. 因此, 背散射電子影像具有形態特徵和區分原子序數的能力. 因此, 背散射電子像可以反映化學元素. 配料分佈. 當前的掃描電子顯微鏡具有非常强大的功能. 任何精細結構或表面特徵都可以放大數十萬倍進行觀察和分析.

在印刷電路板或焊點的失效分析中，SEM主要用於分析失效機理。 具體來說，它用於觀察焊盤表面的地形結構、焊點的金相結構、量測金屬間化合物和可焊性塗層，並進行錫晶須分析和量測。 與光學顯微鏡不同，掃描電子顯微鏡產生電子影像，囙此只有黑白影像。 掃描電子顯微鏡的樣品需要導電，非導體和一些電晶體需要噴塗金或碳。 否則，樣品表面的電荷累積將影響樣品的觀察。 此外，掃描電子顯微鏡影像的景深遠大於光學顯微鏡，是金相組織、微觀斷口和錫晶須等不均勻樣品的重要分析方法。

七, X-ray energy spectrum analysis
The scanning electron microscope mentioned above is generally equipped with an X-ray energy spectrometer. 當高能電子束擊中樣品表面時, 表面資料原子中的內部電子被轟擊並逃逸. 當外層電子躍遷到較低的能級時, 特徵X射線將被激發, 這是不同元素的不同原子能級的特徵. X射線不同. 因此, 樣品發出的特徵X射線可以作為化學成分進行分析. 同時, 根據檢測X射線訊號作為特徵波長或特徵能量, the corresponding instruments are called spectral dispersion spectrometer (abbreviated as spectrometer, WDS) and energy dispersion spectrometer (abbreviated as energy spectrometer, EDS), 分光計的分辯率高於能量分光計, 能量譜儀的分析速度比光譜儀快. 由於能譜儀速度快、成本低, 一般的掃描電子顯微鏡配寘為能譜儀.

利用電子束的不同掃描方法，能譜儀可以進行表面點分析、線分析和表面分析，並可以獲得元素不同分佈的資訊。 點分析獲得點的所有元素； 線分析每次在指定的線上執行一個元素分析，並掃描多次以獲得所有元素的線分佈； 表面分析分析分析指定表面中的所有元素，量測的元素含量為量測區域的平均值

在印刷電路板分析中，能譜儀主要用於焊盤表面的成分分析，以及焊盤和可焊性差的引線引脚表面污染物的元素分析。 能量光譜儀定量分析的準確性有限，含量低於0.1%通常不容易檢測。 能量譜和掃描電鏡的結合使用可以同時獲得表面形貌和成分的資訊，這就是為什麼它們被廣泛使用的原因。

8. Photoelectron Spectroscopy (XPS)
When the sample is irradiated by X-rays, 表面原子的內殼層電子將脫離原子核的鍵，逃離固體表面形成電子. 量測動能Ex, 可以得到原子內殼層電子的結合能Eb. 不同的電子殼層不同. 它是原子的“指紋”識別參數, and the resulting spectrum is the 光電子能譜 (XPS). XPS can be used for qualitative and quantitative analysis of elements on the shallow surface (several nanometers) of the sample surface. 此外, 也可以根據結合能的化學位移獲得元素化學價的資訊. 它可以提供有關表層原子價態和周圍元素鍵的資訊； 入射光束為X射線光子束, so it can be analyzed for insulating samples without damaging the analyzed sample for rapid multi-element analysis; it can also be used in the case of argon ion stripping Longitudinal element distribution analysis is performed on multiple layers (see the following case), and the sensitivity is much higher than that of the energy spectrum (EDS). XPS主要用於分析焊盤塗層的質量, 污染物分析和氧化度分析 印刷電路板 確定可焊性差的深層原因.

九, 熱分析 differential scanning calorimetry
(Differential Scanning Calorim- etry): A method of measuring the power difference between the input 材料 and the reference 材料 and the temperature (or time) relationship under program temperature control. DSC在樣品和參攷容器下方配備兩套補償加熱線. 由於加熱過程中的熱效應，樣品和參攷品之間出現溫差時, 可以使用差分熱放大器電路和差分熱補償放大器, 使流入補償加熱線的電流發生變化, 平衡兩邊的熱量, 溫差ÎT消失, and record the difference between the heating power of the two electric heating compensation under the sample and the reference object with the temperature (or time) change relationship, 根據這種變化關係可以用來研究和分析物理, 資料的化學和熱力學性質. DSC有著廣泛的應用, 但是在 印刷電路板 analysis, 它主要用於量測表面上使用的各種聚合物資料的固化程度 印刷電路板 (for example, Figure 2) and the glass transition temperature. 這兩個參數决定了 印刷電路板 在隨後的過程中. 可靠性.

熱機械分析儀（TMA）：熱機械分析科技（熱機械分析）用於在程式溫度控制下量測固體、液體和凝膠在熱或機械力下的變形效能。 常見的加載方法包括壓縮、插針、拉伸、彎曲等。測試探針由懸臂梁和固定在其上的螺旋彈簧支撐，並通過電機向樣品施加負載。 當樣品變形時，差動變壓器檢測到這種變化，並將其與溫度、應力和應變等數據一起處理。 可以獲得資料變形與可忽略載荷下的溫度（或時間）之間的關係。 根據變形與溫度（或時間）的關係，可以研究和分析資料的物理、化學和熱力學性質。 TMA有著廣泛的應用。 它主要用於印刷電路板分析中印刷電路板的兩個最關鍵參數：量測其線膨脹係數和玻璃化轉變溫度。 基板膨脹係數過大的印刷電路板在焊接和組裝後往往會導致金屬化孔斷裂失效。

由於高密度發展趨勢 印刷電路板 以及無鉛和無鹵的環保要求, 越來越多 印刷電路板s存在各種故障問題，例如潤濕性差, 開裂, 分層, CAF等. 介紹這些分析科技在實際案例中的應用. 故障機制和原因的獲取 印刷電路板 將有利於 印刷電路板 未來, 以避免類似問題的再次發生.