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Enciclopedia della tecnologia di analisi dei guasti della scheda PCB
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Enciclopedia della tecnologia di analisi dei guasti della scheda PCB

2022-01-05
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Author:pcb

In quanto portante di vari componenti e fulcro della trasmissione del segnale del circuito, il Scheda PCB è diventata una parte importante e fondamentale dei prodotti informativi elettronici. Its quality and reliability determine the quality and reliability of the whole equipment. Tuttavia, due to cost and technical reasons, un gran numero di problemi di guasto si sono verificati nella produzione e nell'applicazione di Scheda PCBs. Per questo tipo di problema di fallimento, we need to use some commonly used failure analysis techniques to ensure the quality and reliability of Scheda PCBs quando sono fabbricati. This article summarizes ten failure analysis techniques for reference.

pcb board

1. Visual inspection
Appearance inspection is to inspect the appearance of the Scheda PCB visivamente o con alcuni semplici strumenti, such as a stereo microscope, a metallographic microscope or even a magnifying glass, to find the failure location and related physical evidence. The main function is to locate the failure and initially determine the failure mode of the Scheda PCB. . The appearance inspection mainly checks the Scheda PCB inquinamento, corrosion, la posizione della tavola rotta, the circuit wiring and the regularity of the failure, se è lotto o singolo, is it always concentrated in a certain area, ecc. Inoltre, molti Scheda PCB failures are only discovered after Scheda PCB A è assemblato. Whether the failure is caused by the assembly process and the materials used in the process also requires careful inspection of the characteristics of the failure area.

2. X-ray fluoroscopy
For some parts that cannot be visually inspected, così come i difetti interni e altri difetti interni dei fori passanti del Scheda PCB, the X-ray fluoroscopy system has to be used for inspection. Il sistema di fluoroscopia a raggi X utilizza diversi spessori del materiale o diverse densità del materiale in base ai diversi principi di assorbimento dell'umidità o trasmittanza dei raggi X per l'imaging. This technology is more used to check the internal defects of Scheda PCB Giunti saldatori, the internal defects of through-holes, e posizionamento di giunti di saldatura difettosi di dispositivi BGA o CSP in imballaggi ad alta densità. The resolution of current industrial X-ray fluoroscopy equipment can reach one micron or less, e sta cambiando da apparecchiature di imaging bidimensionali a tridimensionali. There are even five-dimensional (5D) equipment used for package inspection, Ma questo tipo di 5D X Il sistema di prospettiva ottica è molto costoso e raramente ha applicazioni pratiche nel settore.

3. Slice analysis
Slicing analysis is the process of obtaining the cross-sectional structure of the Scheda PCB through a series of methods and steps such as sampling, intarsio, slicing, lucidatura, corrosion, e osservazione. Through slice analysis, Possiamo ottenere informazioni ricche della microstruttura che riflette la qualità del Scheda PCB (through holes, placcatura, ecc.), che fornisce una buona base per il prossimo miglioramento della qualità. However, questo metodo è distruttivo. Once sliced, il campione sarà inevitabilmente distrutto; allo stesso tempo, this method requires high sample preparation and takes a long time to prepare the sample, che richiede tecnici ben formati per completare. For detailed slicing process, Fare riferimento alla norma IPC IPC-TM-650 2.1.1 e IPC-MS-810.

4. Scanning acoustic microscope
At present, the C-mode ultrasonic scanning acoustic microscope is mainly used for electronic packaging or assembly analysis. Usa l'ampiezza, phase and polarity changes generated by the reflection of high-frequency ultrasonic waves on the discontinuous interface of the material to image. L'asse Z esegue la scansione delle informazioni sul piano X-Y. Pertanto, Il microscopio acustico a scansione può essere utilizzato per rilevare i componenti, materials, e vari difetti all'interno del Scheda PCB and Scheda PCB A, including cracks, delaminazione, inclusions, e vuoti. If the frequency width of the scanning acoustics is sufficient, i difetti interni dei giunti di saldatura possono anche essere rilevati direttamente. A typical scanning acoustic image uses a red warning color to indicate the existence of defects. Perché un gran numero di componenti confezionati in plastica sono utilizzati nel processo SMT, Durante la conversione da piombo a processo privo di piombo si generano numerosi problemi di sensibilità al riflusso dell'umidità. That is to say, I dispositivi confezionati in plastica assorbente dell'umidità appariranno crepe interne o di delaminazione del substrato durante il riflusso ad una temperatura di processo più elevata senza piombo, and ordinary Scheda PCBs scoppierà spesso sotto l'alta temperatura del processo senza piombo. At this time, Il microscopio acustico a scansione evidenzia i suoi vantaggi speciali nella rilevazione non distruttiva dei difetti di multi-strato ad alta densità Scheda PCBs. Generalmente, obvious bursts can be detected only by visual inspection of the appearance.

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 materials (mainly organic matter) to analyze the compound composition of the material. In combinazione con il microscopio, the visible light and infrared light can be the same. Il sentiero della luce, as long as it is in the visible field of view, Puoi trovare le tracce di inquinanti organici da analizzare. Without the combination of a microscope, La spettroscopia infrarossa di solito può analizzare solo campioni con una grande quantità di campioni. However, in molti casi nella tecnologia elettronica, micro-pollution can lead to poor solderability of PCB pads or lead pins. È concepibile che sia difficile risolvere problemi di processo senza spettroscopia infrarossa con un microscopio. The main purpose of micro-infrared analysis is to analyze the organic contaminants on the welded surface or the surface of the solder joint, e analizzare la causa della corrosione o della scarsa saldabilità.

6. Scanning electron microscope analysis
Scanning electron microscope (SEM) is a useful large-scale electron microscopy imaging system for failure analysis. Its working principle is to use the electron beam emitted from the cathode to be accelerated by the anode, e formare un fascio con un diametro di diverse decine a diverse decine a diverse decine dopo essere stato messo a fuoco da una lente magnetica. A thousand Angstroms (A) of electron beam, sotto la deviazione della bobina di scansione, the electron beam scans the surface of the sample point by point in a certain time and space sequence. Questo fascio di elettroni ad alta energia bombarda la superficie del campione e ecciterà Una varietà di informazioni possono essere raccolte e ingrandite per ottenere varie grafiche corrispondenti dal display. The excited secondary electrons are generated in the range of 5-10nm on the surface of the sample. Pertanto, the secondary electrons can better reflect the morphology of the sample surface, quindi sono spesso utilizzati per l'osservazione morfologica; mentre gli elettroni arretrati eccitati sono generati sulla superficie del campione 100 Nell'intervallo di ~1000nm, the backscattered electrons with different characteristics are emitted according to the atomic number of the substance. Pertanto, the backscattered electron image has morphological characteristics and the ability to distinguish the atomic number. Therefore, the backscattered electron image can reflect the chemical element composition Distribution. L'attuale microscopio elettronico a scansione ha funzioni molto potenti, and any fine structure or surface feature can be magnified hundreds of thousands of times for observation and analysis. Nell'analisi dei guasti Scheda PCBs or solder joints, SEM è utilizzato principalmente per analizzare il meccanismo di guasto. Specifically, è utilizzato per osservare la struttura topografica della superficie del pad, the metallographic structure of the solder joint, e misurare il composto intermetallico e la saldabilità. Analisi del rivestimento e analisi e misurazione della frusta di stagno. Unlike an optical microscope, Il microscopio elettronico a scansione produce un'immagine elettronica, so only black and white colors are produced. Il campione del microscopio elettronico a scansione richiede conducibilità. Non-conductors and some semiconductors need to be sprayed with gold or carbon. Altrimenti, the accumulation of charges on the surface of the sample will affect Observation of the sample. In addition, the depth of field of the scanning electron microscope image is far greater than that of the optical microscope, ed è un importante metodo di analisi per campioni irregolari come la struttura metallografica, micro-fracture, e baffi di latta.

7. X-ray energy spectrum analysis
The scanning electron microscope mentioned above is generally equipped with an X-ray energy spectrometer. When a high-energy electron beam hits the surface of the sample, gli elettroni interni negli atomi della sostanza superficiale sono bombardati e sfuggiti. When the outer electrons transition to a lower energy level, i raggi X caratteristici saranno eccitati. The characteristics of the different atomic energy levels of different elements are emitted. I raggi X sono diversi.. Therefore, i raggi X caratteristici emessi dal campione possono essere analizzati come composizione chimica. At the same time, secondo il segnale a raggi X di rilevamento come lunghezza d'onda caratteristica o energia caratteristica, the corresponding instruments are called spectral dispersion spectrometer (abbreviated as spectrometer, WDS) and energy dispersion spectrometer (abbreviated as energy spectrometer, EDS), and the resolution of the spectrometer It is higher than the energy spectrometer, e la velocità di analisi dello spettrometro di energia è più veloce di quella dello spettrometro. Due to the fast speed and low cost of the energy spectrometer, La configurazione generale del microscopio elettronico a scansione è lo spettrometro di energia. With the different scanning methods of the electron beam, lo spettrometro di energia può eseguire l'analisi del punto superficiale, line analysis, e analisi superficiale, and can obtain information about the different distribution of elements. L'analisi dei punti ottiene tutti gli elementi di un punto; L'analisi della linea esegue ogni volta un'analisi di un elemento su una linea specificata, and scans multiple times to obtain the line distribution of all elements; surface analysis analyzes all elements in a specified surface, e il contenuto dell'elemento misurato è il valore medio della superficie di misura. In the analysis of Scheda PCBs, the energy spectrometer is mainly used for the component analysis of the surface of the pad, e l'analisi degli elementi dei contaminanti superficiali della scarsa saldabilità del pad e del perno di piombo. The accuracy of quantitative analysis by energy spectrometer is limited, e contenuto inferiore a 0.1% is generally not easy to detect. L'uso combinato di spettroscopia energetica e SEM può ottenere simultaneamente informazioni sulla topografia superficiale e sulla composizione, which is why they are widely used.

8. Photoelectron spectroscopy (XPS) analysis
When the sample is irradiated by X-rays, Gli elettroni del guscio interno degli atomi di superficie si staccano dal legame del nucleo atomico e fuoriescono dalla superficie solida per formare elettroni. By measuring its kinetic energy Ex, L'energia di legame Eb degli elettroni del guscio interno degli atomi può essere ottenuta. Different electron shells are different. È il parametro di identificazione "impronta digitale" dell'atomo, and the spectral line formed is the photoelectron spectroscopy (XPS). XPS can be used for qualitative and quantitative analysis of elements on the surface of the sample (several nanometers). In addition, informazioni sulla valenza chimica degli elementi possono essere ottenute anche sulla base dello spostamento chimico dell'energia legante. It can give information about the bonding of the surface layer atomic valence state and surrounding elements; the incident beam is an X-ray photon beam, 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 below), and the sensitivity is much higher than the energy spectrum (EDS). XPS è utilizzato principalmente nell'analisi di Scheda PCB per analizzare la qualità dello strato di rivestimento, pollutant analysis and oxidation degree analysis to determine the deep-seated causes of poor solderability.

9. Thermal analysis differential scanning calorimetry (Differential Scanning Calorim-etry)
A method of measuring the relationship between the power difference between the input material and the reference material and the temperature (or time) under program temperature control. DSC è dotato di due insiemi di cavi di riscaldamento di compensazione sotto il campione e contenitore di riferimento. When the temperature difference Î T between the sample and the reference occurs due to the thermal effect during the heating process, Il circuito differenziale dell'amplificatore termico e l'amplificatore differenziale di compensazione del calore possono essere utilizzati , So that the current flowing into the compensation heating wire changes. Il bilanciamento termico tra i due lati, the temperature difference Î T disappears, and the difference between the thermal power of the two electric heating compensations under the sample and the reference substance is recorded with the temperature (or time). According to this change relationship, la fisica del materiale può essere studiata e analizzata. Chemical and thermodynamic properties. DSC ha una vasta gamma di applicazioni, but in the analysis of Scheda PCBs, it is mainly used to measure the curing degree and glass transition temperature of various polymer materials used on the Scheda PCB. Questi due parametri determinano l'affidabilità del Scheda PCB in the subsequent process. sesso.

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0. Analizzatore termomeccanico (TMA)

L'analisi termomeccanica viene utilizzata per misurare le proprietà di deformazione di solidi, liquidi e gel sotto forza termica o meccanica sotto il controllo della temperatura del programma. I metodi di carico possono utilizzare la compressione, la penetrazione, la flessione, ecc. La sonda di prova è supportata da una trave a sbalzo e da una molla elicoidale fissata su di essa, e un carico viene applicato attraverso un motore. Quando il campione è deformato, il trasformatore differenziale rileva questo cambiamento e lo elabora insieme a dati quali la temperatura, stress and strain È possibile ottenere il rapporto tra la deformazione del materiale e la temperatura (o tempo) sotto carico trascurabile. In base al rapporto tra deformazione e temperatura (o tempo), si possono studiare e analizzare le proprietà fisiche, chimiche e termodinamiche dei materiali. TMA ha una vasta gamma di applicazioni. Viene utilizzato principalmente nell'analisi dei PCB Scheda per due parametri chiave dei PCB Scheda: misurare il suo coefficiente di espansione lineare e la temperatura di transizione vetrosa. Scheda I PCB con substrati con coefficienti di espansione troppo grandi spesso portano alla rottura della frattura dei fori metallizzati dopo la saldatura e l'assemblaggio. A causa del trend di sviluppo ad alta densità di Scheda PCB e i requisiti di protezione ambientale dei prodotti privi di piombo e alogeni, sempre più Scheda PCB presentano vari problemi di guasto come scarsa bagnatura, cracking, delaminazione, CAF e così via. Introdurre l'applicazione pratica di queste tecniche di analisi. L'acquisizione del meccanismo di guasto e delle cause della Scheda PCB sarà utile per il controllo di qualità della Scheda PCB in futuro, in modo da evitare il ripetersi di problemi simili.