Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Überblick über die Technologie zur Fehleranalyse von Leiterplatten
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Überblick über die Technologie zur Fehleranalyse von Leiterplatten

2022-02-15
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Author:pcb

Leiterplatten sind zu einem wichtigen und kritischen Bestundteil elektronischer Informationsprodukte geworden, und sein Qualitäts- und Zuverlässigkeitsniveau bestimmen die Qualität und Zuverlässigkeit der gesamten Ausrüstung. Allerdings, aus Kosten- und technischen Gründen, bei der Herstellung und Anwendung von Leiterplattes. Für diese Art von Fehlerproblem, Wir müssen einige gängige Fehleranalysetechniken verwenden, um die Qualität und Zuverlässigkeit der Leiterplatte während der Herstellung.

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1. Aussehen Inspektion Aussehen Inspektion ist die visuelle Inspektion oder Verwendung einiger einfacher Instrumente, wie Stereomikroskope, Metallographische Mikroskope und sogar Lupen zur Überprüfung des Aussehens der Leiterplatte, Finden Sie die defekten Teile und die damit verbundenen physischen Beweise, Die Hauptrolle besteht darin, den Fehler zu lokalisieren und ein vorläufiges Urteil auf der Leiterplatte zu treffen. Fehlermodus der Platine. Die visuelle Inspektion prüft hauptsächlich die Leiterplatte für Verschmutzung, Korrosion, Position der Explosionsplatte, die Stromverdrahtung und die Regelmäßigkeit des Ausfalls, ob es sich um Chargen- oder Einzelstücke handelt, ob es immer in einem bestimmten Bereich konzentriert ist, und so weiter. Darüber hinaus, es gibt viele Leiterplatte Fehler, die nach der Montage in Leiterplatte A. Ob der Fehler durch den Montageprozess und den Einfluss der im Prozess verwendeten Materialien verursacht wird, erfordert auch eine sorgfältige Überprüfung der Eigenschaften des Fehlerbereichs.

2. Röntgenfluoroskopie-Inspektion Für einige Teile, die nicht durch visuelle Inspektion überprüft werden können, sowie die Innenseite der Durchgangslöcher der Leiterplatte und andere interne Mängel, Das Röntgenfluoroskopiesystem muss zur Inspektion verwendet werden. Das Röntgenfluoroskopie-System verwendet die verschiedenen Prinzipien der Feuchtigkeitsaufnahme oder Transmission von Röntgenstrahlen durch unterschiedliche Materialstärken oder unterschiedliche Materialdichten, um Bilder abzubilden. Diese Technologie wird mehr verwendet, um die Defekte innerhalb der Lötstellen von Leiterplatte A, Innenfehler von Durchgangslöchern und Positionierung defekter Lötstellen von hochdichten BGA- oder CSP-Geräten. Die Auflösung der aktuellen industriellen Röntgenfluoroskopie-Ausrüstung kann ein Mikron oder weniger erreichen, und wechselt von zweidimensionaler zu dreidimensionaler Bildgebungsausrüstung, and even five-dimensional (5D) equipment is used for packaging inspection, Aber diese 5D Röntgen Optische durchsichtige Systeme sind sehr teuer und haben selten praktische Anwendungen in der Industrie.

3. Die Schnittanalyse ist der Prozess der Gewinnung der Querschnittsstruktur des Leiterplatte durch eine Reihe von Mitteln und Schritten wie Probenahme, Einlegen, Schneiden, Polieren, Korrosion, und Beobachtung. Durch Schnittanalyse, reiche Informationen über die Mikrostruktur, die die Qualität der Leiterplatte (through holes, Beschichtung, etc.) can be obtained, das eine gute Basis für die nächste Qualitätsverbesserung bietet. Allerdings, Diese Methode ist zerstörerisch, und sobald der Schnitt durchgeführt wird, die Probe wird vernichtet; zur gleichen Zeit, Diese Methode erfordert eine hohe Probenvorbereitung, dauert eine lange Zeit, um die Probe vorzubereiten, und erfordert gut ausgebildete Techniker, um. Für detailliertes Schneiden, Sie können sich auf die in IPCs Standard IPC-TM-650 angegebenen Verfahren beziehen.1.1 und IPC-MS-810.

4. Das akustische Rastermikroskop, das derzeit für die elektronische Verpackung oder Versammlungsanalyse verwendet wird, ist hauptsächlich das akustische Rastermikroskop C-Mode, die Amplitude verwendet, Phase- und Polaritätsänderungen durch Reflexion hochfrequenter Ultraschallwellen an der diskontinuierlichen Grenzfläche von Materialien zum Bild. Die Scanmethode besteht darin, die Informationen in der XY-Ebene entlang der Z-Achse zu scannen. Daher, Scannende akustische Mikroskopie kann verwendet werden, um verschiedene Defekte in Komponenten zu erkennen, Materialien, and Leiterplattes und Leiterplatte A, einschließlich Risse, Delaminationen, Einschlüsse, und Hohlräume. Innenfehler in Lötstellen können auch direkt erkannt werden, wenn die Frequenzbreite der Abtastakustik ausreicht. Ein typisches gescanntes akustisches Bild ist eine rote Warnfarbe, um das Vorhandensein von Defekten anzuzeigen. Da im SMT-Prozess eine Vielzahl von kunststoffverpackten Komponenten zum Einsatz kommen, Bei der Umwandlung von bleifreiem auf bleifreiem Prozess entstehen zahlreiche feuchtigkeitsrückflussempfindliche Probleme. Das heißt:, Die hygroskopische Kunststoffverpackung weist interne Delaminierung oder Rissbildung beim Reflow bei einer höheren bleifreien Prozesstemperatur auf, und gewöhnlich Leiterplattes wird oft bei der hohen Temperatur des bleifreien Prozesses platzen. An diesem Punkt, Das Rasterakustikroskop unterstreicht seine besonderen Vorteile bei der zerstörungsfreien Prüfung von mehrschichtigen Hochdichten Leiterplattes. Die allgemein offensichtliche Berstscheibe kann nur durch visuelles Erscheinungsbild erkannt werden.

5. Mikroskopische Infrarotanalyse Die Mikroskopische Infrarotanalyse ist ein Analyseverfahren, das Infrarotspektroskopie und Mikroskopie kombiniert. It uses the principle of different absorption of infrared spectroscopy by different materials (mainly organic substances) to analyze the compound composition of materials, Das sichtbare Licht und das infrarote Licht befinden sich im gleichen optischen Weg, solange sie sich im sichtbaren Sichtfeld befinden, die zu analysierenden organischen Spurenstoffe können gefunden werden. Ohne die Kombination eines Mikroskops, Infrarotspektroskopie kann in der Regel nur Proben mit größeren Probenvolumen analysieren. In vielen Fällen in der Elektroniktechnik, Spurenverschmutzung kann zu schlechter Lötbarkeit von Leiterplatten-Pads oder Bleistiften führen. Es ist denkbar, dass es schwierig ist, Prozessprobleme ohne Infrarotspektroskopie zu lösen, die ein Mikroskop unterstützt. Der Hauptzweck der Mikro-Infrarot-Analyse ist die Analyse der organischen Verunreinigung auf der Oberfläche der geschweißten Oberfläche oder der Lötstelle, und die Ursache von Korrosion oder schlechter Lötbarkeit zu analysieren.

6. Scanning Electron Microscope Analysis Scanning Electron Microscope (SEM) is a useful large-scale electron microscope imaging system for failure analysis. Its working principle is to use the electron beam emitted by the cathode to be accelerated by the anode and focus by a magnetic lens to form a beam The electron beam current with a diameter of tens to thousands of angstroms (A), unter der Ablenkung der Abtastspule, Der Elektronenstrahl scannt die Oberfläche der Probe Punkt für Punkt in einer bestimmten Zeit- und Raumfolge. Eine Vielzahl von Informationen wird auf der Oberfläche der Probe angeregt, und verschiedene entsprechende Grafiken können vom Bildschirm nach Sammlung und Verstärkung erhalten werden. Die angeregten Sekundärelektronen werden im Bereich von 5-10 nm auf der Oberfläche der Probe erzeugt. Daher, Die Sekundärelektronen können die Oberflächenmorphologie der Probe besser reflektieren, so werden sie häufig für morphologische Beobachtungen verwendet; Während die angeregten zurückgestreuten Elektronen bei 100 nm auf der Probenoberfläche erzeugt werden. Im Bereich von ~1000nm, Rückgestreute Elektronen mit unterschiedlichen Eigenschaften werden mit unterschiedlichen Atomzahlen von Stoffen emittiert, So haben die zurückgestreuten Elektronenbilder die Fähigkeit, Morphologie und Atomzahl zu unterscheiden. Daher, Die zurückgestreuten Elektronenbilder können die Zusammensetzung der chemischen Elemente widerspiegeln Verteilung. Die Funktionen des aktuellen Rasterelektronenmikroskops sind bereits sehr leistungsstark, und jede feine Struktur oder Oberflächeneigenschaft kann für Beobachtung und Analyse auf Hunderttausende Male vergrößert werden.

Im Hinblick auf die Fehleranalyse Leiterplattes oder Lötstellen, SEM wird hauptsächlich verwendet, um den Ausfallmechanismus zu analysieren, Speziell zur Beobachtung der Topographie und Struktur der Pad-Oberfläche, die metallographische Struktur der Lötstellen, Messung intermetallischer Verbindungen, und Lötbarkeit. Beschichtungsanalyse und Zinn Whisker Analyse und Messung, etc. Anders als das optische Mikroskop, Das Rasterelektronenmikroskop bildet ein elektronisches Bild, so gibt es nur schwarz und weiß Farben, und die Probe des Rasterelektronenmikroskops muss leitfähig sein, und der Nichtleiter und einige Halbleiter müssen mit Gold oder Kohlenstoff besprüht werden, ansonsten sammelt sich die Ladung auf der Oberfläche der Probe an. Beobachtung der Probe. Darüber hinaus, Die Schärfentiefe von SEM-Bildern ist viel größer als die von optischen Mikroskopen, und es ist eine wichtige Analysemethode für ungleichmäßige Proben wie metallographische Struktur, mikroskopische Frakturen und Zinnhaare.

7. Die oben genannten Rasterelektronenmikroskope sind in der Regel mit Röntgenenergiespektrometern ausgestattet.. Wenn der hochenergetische Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe trifft, Die inneren Elektronen in den Atomen des Oberflächenmaterials werden bombardiert und entweichen, und die äußeren Elektronen wechseln auf das niedrigere Energieniveau, die charakteristische Röntgenstrahlen anregen, die charakteristisch für die Differenz der Atomenergieniveaus verschiedener Elemente sind. Röntgenstrahlen sind anders, so können die charakteristischen Röntgenstrahlen der Probe als chemische Bestandteile analysiert werden. Zur gleichen Zeit, je nach charakteristischer Wellenlänge oder charakteristischer Energie des erfassten Röntgensignals, the corresponding instruments are called spectral dispersive spectrometer (abbreviated as spectrometer, WDS) and energy dispersive spectrometer (abbreviated as energy spectrometer, EDS). Höher als das Energiespektrometer, Die Analysegeschwindigkeit des Energiespektrometers ist schneller als die des Spektrometers. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit und niedrigen Kosten des Energiespektrometers, Das allgemeine Rasterelektronenmikroskop ist mit einem Energiespektrometer ausgestattet. Mit den verschiedenen Scanmethoden des Elektronenstrahls, Das Energiespektrometer kann Punktanalysen durchführen, Linienanalyse und Oberflächenanalyse der Oberfläche, und können Informationen über die unterschiedliche Verteilung der Elemente erhalten. Punktanalyse erhält alle Elemente eines Punktes; Zeilenanalyse führt jedes Mal eine Elementanalyse auf einer bestimmten Zeile durch, und scannt mehrmals, um die Linienverteilung aller Elemente zu erhalten; Oberflächenanalyse analysiert alle Elemente in einer bestimmten Oberfläche, und der gemessene Elementgehalt ist Der Mittelwert des Messbereichs. In der Analyse von Leiterplattes, Das Energiespektrometer wird hauptsächlich für die Bauteilanalyse der Oberfläche der Pads verwendet, und die Elementanalyse der Oberflächenverunreinigungen der Pads und Bleistifte mit schlechter Lötbarkeit. Die quantitative Analysegenauigkeit des Energiespektrometers ist begrenzt, und der Inhalt von weniger als 0.1% ist im Allgemeinen nicht leicht zu erkennen. Durch die Kombination von Energiespektroskopie und SEM können gleichzeitig Informationen über Oberflächenmorphologie und -zusammensetzung gewonnen werden, deshalb sind sie weit verbreitet.

8. When the photoelectron spectroscopy (XPS) sample is irradiated by X-rays, Die inneren Schalenelektronen der Oberflächenatome lösen sich aus der Bindung des Kerns und entweichen von der festen Oberfläche zu Elektronen. Die kinetische Energie Ex wird gemessen, und die Kombination der inneren Schalenelektronen der Atome kann erhalten werden. Die Energie Eb und Eb variieren mit verschiedenen Elementen und verschiedenen Elektronenschalen. Es ist der "Fingerabdruck" Identifikationsparameter des Atoms, and the formed spectral line is the photoelectron spectrum (XPS). XPS can be used to perform qualitative and quantitative analysis of shallow surface (several nanometers) elements on the sample surface. Darüber hinaus, Informationen über die chemischen Valenzzustände von Elementen können aus den chemischen Verschiebungen der Bindungsenergien gewonnen werden.. Es kann Informationen wie den Valenzstatus der Oberflächenschicht und die Bindung von umgeBiegenen Elementen geben; der einfallende Strahl ist ein Röntgenphotonenstrahl, So kann die Isolierprobe analysiert werden, ohne die zu analysierende Probe zu beschädigen. Rapid multi-element analysis; it can also be used in the case of argon ion stripping Longitudinal elemental distribution analysis of multilayers (see later) is performed with much higher sensitivity than energy dispersive spectroscopy (EDS). XPS wird hauptsächlich für die Analyse der Qualität der Pad-Beschichtung verwendet, Die Analyse der Kontamination und die Analyse des Oxidationsgrades in der Analyse der Leiterplatte um die tief sitzende Ursache für schlechte Lötbarkeit zu bestimmen.

9. Thermal Analysis Differential Scanning Calorimetry (Differential Scanning Calorim- etry ): A method of measuring the relationship between the power difference and temperature (or time) between the input material and the reference material under programmed temperature control. DSC ist mit zwei Sätzen kompensierender Heizdrähte unter dem Probe- und Referenzbehälter ausgestattet. Wenn die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Probe und der Referenz aufgrund der thermischen Wirkung während des Heizvorgangs auftritt, Die Differenz-Wärmeverstärkerschaltung und der Differenz-Wärmekompensationsverstärker können verwendet werden., der Strom, der in den kompensierenden Heizdraht fließt, ändert sich, und die Hitze auf beiden Seiten ist ausgeglichen, die Temperaturdifferenz ΔT verschwindet, and the relationship between the difference of the thermal power of the two electric heating compensations under the sample and the reference material with temperature (or time) changes, Diese wechselnde Beziehung kann verwendet werden, um die physikalisch-chemischen und thermodynamischen Eigenschaften des Materials zu studieren und zu analysieren. DSC ist weit verbreitet, aber in der Analyse von Leiterplattes, Es wird hauptsächlich verwendet, um den Aushärtungsgrad verschiedener Polymermaterialien zu messen, die auf der Leiterplatte (such as Figure 2) and the glass transition temperature. Diese beiden Parameter bestimmen die spätere Verwendung der Leiterplatte. Prozesssicherheit.

Thermomechanical Analyzer (TMA): Thermal Mechanical Analysis is used to measure the deformation properties of solids, Flüssigkeiten und Gele unter Einwirkung von Wärme oder mechanischer Kraft unter programmgesteuerter Temperatur. Einfügen, dehnen, bend, etc. Die Prüfsonde wird durch einen Kragbalken und eine daran befestigte Spiralfeder gestützt, und eine Last auf die Probe durch einen Motor aufgebracht wird. Wenn die Probe verformt ist, Der Differenzwandler erkennt die Veränderung und verarbeitet sie zusammen mit Daten wie Temperatur, Stress und Belastung. The deformation of the material under negligible load as a function of temperature (or time) can be obtained. According to the relationship between deformation and temperature (or time), Die physikalisch-chemischen und thermodynamischen Eigenschaften von Materialien können untersucht und analysiert werden. TMA ist weit verbreitet und wird hauptsächlich in der Analyse von Leiterplattes für zwei Schlüsselparameter von Leiterplattes: Messung des linearen Ausdehnungskoeffizienten und der Glasübergangstemperatur. Leiterplattes mit Substraten mit übermäßigen Ausdehnungskoeffizienten führen häufig zu Bruchversagen metallisierter Löcher nach Löten und Montage. Aufgrund des Entwicklungstrends der hohen Dichte Leiterplattes und die Umweltschutzanforderungen bleifrei und halogenfrei, mehr und mehr Leiterplattes haben verschiedene Ausfallprobleme wie schlechte Benetzung, Explosion, Delamination, und CAF. Die Erfassung des Ausfallmechanismus und Ursache der Störung Leiterplatte der Qualitätskontrolle der Leiterplatten in der Zukunft, um das Wiederauftreten ähnlicher Probleme zu vermeiden.