PCB科技 - PCB失效分析科技綜述

作為各種元件的載體和電路訊號傳輸的樞紐, 印刷電路板 已成為電子資訊產品的重要和關鍵部分. 其質量和可靠性水准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, 在生產和應用過程中，存在許多故障問題 印刷電路板.

對於這個故障問題，我們需要使用一些常見的故障分析科技來確保印刷電路板在製造過程中的質量和可靠性水准。 囙此，作為印刷電路板打樣行業的資深企業，深圳市捷多邦科技有限公司的王在談到故障分析科技時，重點總結了九種印刷電路板故障分析科技，包括：外觀檢查、X射線透視、金相切片分析、熱分析、光電子能譜分析、微紅外分析、， 掃描電子顯微鏡分析和X射線光譜分析。

然後將使用一些常見的故障分析科技。 在印刷電路板的結構特徵和主要失效模式之間，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，樣品就會損壞，無法回收； 此外，由於樣品製備的要求，掃描電鏡分析和X射線能譜分析有時需要部分破壞樣品。 此外，在分析過程中，由於故障定位和驗證故障原因的需要，可能有必要使用測試技術，如熱應力、電效能、可焊性測試和尺寸量測，此處將不專業介紹。

印刷電路板

1、外觀檢查外觀檢查是指目視檢查或使用一些簡單的儀器，如體視顯微鏡、金相顯微鏡甚至放大鏡，檢查印刷電路板的外觀，發現故障零件和相關物證。 其主要功能是定位故障並初步判斷印刷電路板的故障模式。 外觀檢查主要檢查污染、腐蝕、印刷電路板爆炸的位置、電路佈線和故障的規律性，如批次或單個，是否總是集中在某個區域等。此外，電路板裝配.組裝後發現許多印刷電路板故障。 故障是否由裝配過程和過程中使用的資料的影響引起，還需要仔細檢查故障區域的特徵。

2. X射線透視檢查對於一些無法通過目視檢查檢測到的零件，以及印刷電路板的通孔內部和其他內部缺陷，X射線透視系統只能用於檢查。 X射線透視系統利用不同資料厚度或不同資料密度的X射線吸濕或透射率對影像的不同原理。 該科技更多用於檢查電路板裝配焊點的內部缺陷、通孔的內部缺陷以及高密度封裝BGA或CSP器件的缺陷焊點的定位。 現時，工業X射線透視設備的分辯率可以達到1微米以下，並且正在從二維成像設備轉變為3維成像設備。 即使是五維（5.d）設備也已用於包裝檢查，但這種5d X射線透視系統非常有價值，在工業上幾乎沒有實際應用。

3、切片分析切片分析是通過採樣、鑲嵌、切片、拋光、腐蝕和觀察等一系列手段和步驟獲得印刷電路板橫截面結構的過程。 通過切片分析，我們可以獲得反映印刷電路板質量的微觀結構（通孔、塗層等）的豐富資訊，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。 切片後，樣品將被銷毀； 同時，該方法對樣品製備要求高，耗時長，需要訓練有素的科技人員來完成。 有關詳細切片過程，請參閱IPC-TM-650 2.1.1和IPC-ms-810。

4、掃描聲學顯微鏡現時，C型超聲掃描聲學顯微鏡主要用於電子封裝或組裝分析。 它利用高頻超聲在資料不連續介面上反射產生的振幅、相位和極性變化來成像。 其掃描方法是沿Z軸掃描X-Y平面的資訊。 囙此，掃描聲學顯微鏡可用於檢測元件、資料、印刷電路板和電路板裝配中的各種缺陷，包括裂紋、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。 典型的掃描聲影像表明存在紅色警告色的缺陷。 由於SMT工藝中使用了大量的塑膠封裝組件，囙此在將鉛轉化為無鉛工藝的過程中會出現大量水分回流敏感問題，即吸潮塑膠封裝組件在更高的無鉛工藝溫度下回流時會出現內部或基板分層開裂， 在無鉛工藝的高溫下，普通印刷電路板經常會爆炸。 此時，掃描聲學顯微鏡在多層高密度印製板無損檢測中凸顯了其獨特的優勢。 一般明顯的爆炸板只能通過視覺外觀來檢測。

5、微紅外分析微紅外分析是紅外光譜與顯微鏡相結合的分析方法。 它利用不同資料（主要是有機物質）對紅外光譜的不同吸收原理來分析資料的化合物組成。 結合顯微鏡，可見光和紅外光可以處於同一光路，只要它們處於可見光視野中，我們就可以找到痕量有機污染物進行分析。 沒有顯微鏡的結合，紅外光譜只能分析大量樣品。 在許多情况下，電子技術中的微污染會導致印刷電路板焊盤或引線引脚的可焊性較差。 可以想像，如果沒有配備顯微鏡的紅外光譜，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，並分析腐蝕或焊接性差的原因。

掃描電子顯微鏡分析掃描電子顯微鏡（SEM）是一種用於故障分析的有用的大規模電子顯微鏡成像系統。 其工作原理是陰極發射的電子束由陽極加速，並由磁透鏡聚焦，形成直徑為數十至數千埃的電子束（a）。 在掃描線圈的偏轉下，電子束在樣品表面按一定的時間和空間順序進行逐點掃描運動。 這種高能電子束對樣品表面的轟擊將激發各種資訊。 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。 囙此，二次電子可以更好地反映樣品表面的形貌，囙此經常用於形貌觀察； 激發的背散射電子在樣品表面100～1000nm範圍內產生，並發射具有不同原子序數物質的不同特性的背散射電子。 囙此，背散射電子影像具有區分形態特徵和原子序數的能力。 囙此，背散射電子影像可以反映化學元素的分佈。 現時，掃描電子顯微鏡的功能非常强大。 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形貌和結構、焊點的微觀結構、量測金屬間化合物、分析可焊塗層和量測錫晶須。 與光學顯微鏡不同的是，掃描電子顯微鏡是一種電子影像，囙此它只是黑白的。 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，否則電荷會積聚在樣品表面，影響樣品的觀察。 此外，SEM影像的景深遠大於光學顯微鏡。 它是分析金相組織、微觀斷口和錫晶須等不均勻樣品的重要方法。

7. X射線能譜分析上述掃描電子顯微鏡通常配備X射線能譜儀。 當高能電子束撞擊樣品表面時，表面資料原子中的內部電子被轟擊並逃逸，當外部電子過渡到低能級時，特徵X射線將被激發。 不同元素的不同原子能級發射的特徵X射線不同。 囙此，樣品發出的特徵X射線可用於化學成分分析。 同時，根據檢測到的X射線訊號的特徵波長或特徵能量，相應的儀器被稱為光譜色散光譜儀（WDS）和能量色散光譜儀（EDS）。 光譜儀的分辯率比光譜儀高，分析速度比光譜儀快。 由於能譜儀具有速度快、成本低的特點，普通掃描電子顯微鏡配備了能譜儀。

利用電子束的不同掃描模式，能譜儀可以對表面進行點分析、線分析和表面分析，並可以獲得元素不同分佈的資訊。 點的所有元素都是通過點分析得到的； 線路分析：每次對指定線路進行一次元素分析，多次掃描，得到所有元素的線路分佈； 表面分析分析分析指定表面中的所有元素，量測的元素含量是量測表面範圍的平均值。

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，以及焊盤和可焊性較差的引線引脚表面污染物的元素分析。 能譜儀定量分析的準確性有限，低於0.1%的含量一般不易檢測。 能譜和掃描電鏡的結合可以同時獲得表面形貌和成分資訊，這也是它們被廣泛應用的原因。

光電子能譜（XPS）當樣品受到X射線照射時，表面原子的內殼層電子將逃離原子核的束縛，並在固體表面形成電子。 通過量測其動能ex，可以獲得原子內殼層電子的結合能EB。 電子束隨不同的元件和不同的電子殼層而變化。 它是原子的“指紋”識別參數，形成的譜線是光電子能譜（XPS）。XPS可用於樣品表面淺表面（幾個納米級）元素的定性和定量分析。 此外，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的價態與周圍元素之間的鍵的資訊； 入射光束為X射線光子束，囙此可用於絕緣樣品分析，而不會損壞分析樣品，用於快速多元素分析； 在氬離子剝離的情况下，也可以進行多層的縱向元素分佈分析（見下文），其靈敏度遠高於能譜（EDS）。 在印刷電路板分析中，XPS主要用於焊盤塗層品質分析、污染物分析和氧化程度分析，以確定可焊性差的深層原因。

9、熱分析-差示掃描量熱法（DSC）-一種量測輸入物質和對照品的功率差與程式溫度控制下的溫度（或時間）之間關係的方法。 DSC在樣品和參攷容器下方配備了兩組補償加熱絲。 當樣品和基準之間由於加熱過程中的熱效應而存在溫差時，流入補償加熱線的電流可以通過差熱放大電路和差熱補償放大器進行改變，

並平衡兩側熱量，减少溫差T消失，並記錄樣品和標準物質下通過兩次電熱補償補償的熱功率差隨溫度（或時間）的變化關係。 根據這種變化關係，可以研究和分析資料的物理化學和熱力學性質。 DSC應用廣泛，但在印刷電路板分析中，它主要用於量測印刷電路板上使用的各種聚合物資料的固化度（如圖2）和玻璃化轉變溫度。 這兩個參數决定了印刷電路板在後續過程中的可靠性。

這個rmomechanical analyzer (TMA): Thermal Mechanical Analysis (thermomechanical 分析 technology) is used to measure the deformation properties of solid, liquid 和 gel under thermal or mechanical force under the control of temperature. 常用的負載模式是壓縮, 針插入, str等hing and bending. 測試探針由懸臂梁和固定在其上的螺旋彈簧支撐, 負載通過電機施加到樣品上. 當樣品變形時, 差動變壓器檢測到這種變化, 並將其與溫度數據一起處理, 應力和應變, so as to obtain the relationship between the deformation of the 材料 under negligible load and temperature (or time). According to the relationship between deformation and temperature (or time), 可以研究和分析資料的物理化學和熱力學性質. TMA被廣泛使用. 在分析 印刷電路板, 它主要用於以下兩個關鍵參數： 印刷電路板：量測其線膨脹係數和玻璃化轉變溫度. The 印刷電路板 膨脹係數過大往往會導致金屬化孔焊後斷裂失效 印刷電路板組件.

由於 印刷電路板 高密度和無鉛無鹵的環境要求, 越來越多 印刷電路板s有各種故障問題, 例如潤濕性差, plate 爆炸, 分層, CAF等. 介紹了這些分析科技在實踐中的應用. 收購 印刷電路板 故障機制和原因將有助於品質控制 印刷電路板 未來, 以避免類似問題的再次發生.