PCBA技術 - PCBA故障技術のキーポイントに関する解析

キーポイントの分析 PCBA failure technology
As the carrier of various componentと the hub of circuit signal transmission,PCB 電子情報製品の最も重要で重要な部分になりました. その品質と信頼性は、装置全体の品質と信頼性を決定します. しかし, 費用と技術的理由から, 多くの故障問題が発生した PCB.

これは、いくつかの一般的な故障解析技術を使用するように時間がかかります。PCBの構造特性と主な故障モードとの間には、視覚検査、X線透視、金属組織断面分析、熱分析、光電子分光、ディスプレイマイクロ赤外分析、走査型電子顕微鏡分析、X線エネルギースペクトル分析などのPCB故障解析の9つの技術に焦点を当てている。メタグラフセクション分析は破壊的分析手法である。一旦これらの2つのテクニックが使われるならば、サンプルは破壊されて、回復することができません;加えて、試料調製の要件のために、走査電子顕微鏡およびX線エネルギースペクトル分析は、時々部分的にサンプルを破壊することを必要とする場合がある。また、解析の過程では、故障箇所や故障原因の検証の必要性により、熱応力、電気性能、はんだ付け性試験、寸法測定等の試験技術を用いる必要がある。

1. Visual インspection
Appearance inspection is to inspect the appearance of PCB 視覚的にまたはいくつかの簡単な器具を使用する, ステレオ顕微鏡など, 金属顕微鏡または拡大鏡さえ, 故障箇所と関連する物理的証拠を見つける. 主な機能は失敗を見つけて、最初に故障モードを決定することです PCB. 目視検査は主に点検する PCB 汚染, 腐食, 板バーストの位置, 回路配線と故障の規則性, それがバッチか個人であるならば, 常にある地域に集中しているか, etc. 加えて, 多く PCB 失敗は発見される PCBA. また、組立工程の影響やプロセスに用いられる材料の影響によって故障が発生したかどうかは、故障領域の特性を慎重に検査する必要がある.

2. X線透視
For some parts that cannot be visually inspected, の貫通孔の内部および他の内部欠陥と同様に PCB, X線透視検査システムは検査に使用しなければならない. X線透視システムは、イメージングのためにX線の水分吸収または透過率の異なる原則に基づいて、異なる材料厚さまたは異なる材料密度を使用する. この技術は、内部の欠陥をチェックするために使用されます PCBA 半田継手, スルーホールの内部欠陥, 高密度実装におけるBGAまたはCSPデバイスの不良はんだ接合の位置決め. 現在の産業用X線透視装置の分解能は1ミクロン以下に達することができる, そして、それは二次元から三次元のイメージング装置まで変わっています. There are even five-dimensional (5D) equipment used for package inspection, しかし、この5 D X光透視システムは非常に高価であり、産業では実用的でない.

スリー, slice 分析
Slicing analysis is the process of obtaining the cross-sectional structure of the PCB サンプリングのような一連の方法とステップを通じて, 産卵, スライス, 研磨, 腐食, 観測. スルースライス解析, の品質を反映する微細構造の豊富な情報を得ることができます PCB (through holes, めっき, etc.), 次の品質改善のための良い基礎を提供します. しかし, この方法は破壊的だ. 一度スライスされる, そのサンプルは必然的に破壊されるだろう. 同時に, この方法は試料調製を必要とし、試料を調製するのに長時間かかる, これには熟練した技術者が必要だ. 詳細スライス処理, IPC - TM - 650 2で指定されたプロセスを参照してください.1.IPC - MS - 810.

フォー, scanning acoustic microscope
At present, Cモード超音波走査型音響顕微鏡は主として電子実装または組立解析に使用される. 振幅を使う, 材料の不連続な界面への高周波超音波の反射によって発生する位相と極性の変化. 走査方法は、z軸に沿ってX−Y平面上の情報を走査する. したがって, 走査型音響顕微鏡は、部品中の様々な欠陥を検出するために使用することができる, 材料, and PCBs and PCBAs, 亀裂を含む, 剥離, 包含, 及び空孔. スキャン音響の周波数幅が十分であるならば, はんだ接合の内部欠陥を直接検出することもできる. 代表的な走査音響像は、欠陥の存在を示すために赤い警告カラーを使用する. SMTプロセスでは多数のプラスチックパッケージ部品が使用されている, 多数の湿気リフロー感度問題は、鉛から無鉛プロセスへの転換の間に発生する. 即ち, 吸湿性プラスチックパッケージデバイスは、より高い無鉛プロセス温度でリフロー中に内部または基板の層間剥離亀裂を発生する, 普通 PCBsは、鉛フリープロセスの高温の下でしばしば爆発します. この時に, 走査超音波顕微鏡は多層高密度の非破壊試験における特別な利点を強調する PCBs. 一般に, 明らかなバーストは外観の目視検査だけで検出することができる.

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, そして、顕微鏡と組み合わせることで、可視光と赤外線を同一にすることができます. 光路, 目に見える限り, 分析される微量有機汚染物質を見つけることができます. 顕微鏡の組み合わせなしで, 赤外分光法は、通常、大量のサンプルでサンプルを分析することができます. しかし, 電子技術の多くの場合, 微公害は貧しい人のはんだ付けにつながる PCBパッド or lead pins. 顕微鏡による赤外分光法なしでプロセス問題を解決することは困難である. マイクロ赤外線解析の主な目的は、はんだ表面の溶接表面または表面上の有機汚染物質を分析することである, 腐食の原因を分析し、はんだ付け性が悪い.

6. Scanning electron microscope analysis
Scanning electron microscope (SEM) is one of the most useful large-scale electron microscopy imaging systems for 故障解析. 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), 走査コイルの偏向の下で, 電子ビームは、一定時間と空間シーケンスの点でサンプル点の表面を走査する. この高エネルギー電子ビームは試料の表面を衝撃し、様々な情報を励起する, そして、コレクションおよび拡大の後、さまざまな対応するグラフィックは、表示画面から得られることが可能である. 励起された二次電子は試料表面の5〜10 nmの範囲で生成される. したがって, 二次電子は試料表面の形態をより良く反映できる, したがって、それらは形態学的観察のために最も一般的に使用される励起した後方散乱電子は100〜1000 nmの範囲で試料表面に生成される, 異なる特性を有する後方散乱電子は、物質の原子番号に応じて放出される. したがって, 後方散乱電子像は形態特性と原子番号を識別する能力を有する. したがって, 後方散乱電子像は化学元素を反射できる. 食材分布. 現在の走査型電子顕微鏡は非常に強力な機能を有する. どんな微細構造または表面特徴も観察と分析のために何十万回も拡大されることができます.

pcbまたははんだ接合の故障解析では，semを用いて故障機構を解析した。具体的には，パッド表面のトポグラフィー構造，はんだ接合の金属組織構造を観察し，金属間化合物を測定し，はんだ付け性分析を行い，tinウィスカ解析と測定を行う。光学顕微鏡と異なり、走査型電子顕微鏡は電子画像を生成するので、黒と白のみである。走査型電子顕微鏡のサンプルは導電性であり、非導体およびいくつかの半導体は金または炭素で噴霧される必要がある。さもなければ、サンプルの表面上の電荷の蓄積は、サンプルの観察に影響を及ぼす。また、走査型電子顕微鏡画像の被写界深度は光学顕微鏡よりも遥かに大きい。

七, X-ray energy spectrum analysis
The scanning electron microscope mentioned above is generally equipped with an X-ray energy spectrometer. 高エネルギー電子線が試料表面に当たると, 表面物質の原子中の内部電子は、衝撃を受けて逃げる. 外部電子が低いエネルギー準位へ移行するとき, 特性X線は励起される, これは、異なる元素の異なる原子エネルギーレベルの特徴である. X線は異なる. したがって, 試料によって放出される特性X線は、化学組成として分析することができる. 同時に, 検出X線信号に特有の波長または特性エネルギーに従って, the corresponding instruments are called spectral dispersion spectrometer (abbreviated as spectrometer, WDS) and energy dispersion spectrometer (abbreviated as energy spectrometer, EDS), 分光計の分解能はエネルギー分光計よりも高い, また、分光計の分析速度は分光計のそれより速い. エネルギー分光計の高速と低コストのため, 一般的な走査型電子顕微鏡形状はエネルギー分光計である.

電子ビームの異なる走査方法により、エネルギー分光計は、表面分析、線分析、表面分析を行い、異なる元素分布に関する情報を得ることができる。ポイント分析は、ポイントのすべての要素を取得します行解析は、指定された行の1つの要素解析を毎回実行し、すべての要素の行の分布を取得するために複数回スキャンします表面分析は、特定の表面のすべての要素を分析し、測定された要素の内容は、測定面積の平均値です

pcbの解析では，パッドの表面成分の成分分析と，はんだ付け性の悪いパッドとリードピンの表面汚染物の元素分析にエネルギースペクトロメータを主に使用した。エネルギースペクトロメータの定量分析の精度は制限され、0.1 %以下の含有量は一般に検出することが容易ではない。エネルギー分光法とsemの組合せ使用は，表面形態や組成に関する情報を同時に得ることができ，広く使用されている。

8. Photoelectron Spectroscopy (XPS)
When the sample is irradiated by X-rays, 表面原子の内殻電子は原子核の結合から離れ、固体表面から逃れて電子を形成する. 運動エネルギーExの測定, 原子の内殻電子の結合エネルギーEBが得られる. 異なる電子殻は変化する. それは原子の「指紋」識別パラメータです, and the resulting spectrum is the 光電子分光 (XPS). XPS can be used for qualitative and quantitative analysis of elements on the shallow surface (several nanometers) of the sample surface. 加えて, 元素の化学価価に関する情報は結合エネルギーの化学シフトに基づいて得られる. 表面層原子価状態と周囲要素の結合に関する情報を与えることができる入射ビームはX線光子ビームである, 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は主にパッドのコーティングの品質の分析に使用される, の分析における汚染物質の分析と酸化度の分析 PCB はんだ付け性の悪い原因を決定する.

ナイン, 熱分析 differential scanning calorimetry
(Differential Scanning Calorim- etry): A method of measuring the power difference between the input material and the reference material and the temperature (or time) relationship under program temperature control. DSCは、サンプルと参照容器の下に2セットの補償加熱ワイヤーを備えています. 加熱過程中の熱効果により試料と基準間の温度差が5度になる, 差動熱増幅回路及び差動熱補償増幅器を使用することができる, 補償加熱ワイヤ変更に流れる電流を作る, 両側の熱をバランスさせる, 温度差が少し下がっている, 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, この変化関係によって、物理学を研究して、分析することができます, 材料の化学的性質と熱力学的性質. DSCには広い範囲の応用がある, でも PCB analysis, これは、主に使用される様々な高分子材料の硬化度を測定するために使用されます PCB (for example, Figure 2) and the glass transition temperature. これらの2つのパラメータは PCB その後の過程で. 信頼性.

サーモメカニックアナライザー（TMA）：プログラム温度制御下での熱または機械的力の下での固体、液体、ゲルの変形性能を測定するために熱機械分析技術（熱機械分析）を使用する。一般的な荷重方法は、圧縮、針挿入、伸張、曲げ等を含む。試験プローブは片持ち梁とコイルばねに固定され、モータによって試料に負荷が印加される。試料が変形すると、差動変圧器はこの変化を検出し、温度、応力、歪み等のデータと共に処理する。材料の変形と無視できる荷重の温度（または時間）との関係を得ることができる。変形と温度（または時間）の関係により，材料の物理的，化学的，熱力学的性質を研究し解析した。TMAには幅広い用途があります。PCB分析におけるPCBの2つの最も重要なパラメータに対して主に用いられる。大きな膨張係数を有する基板を有するpcbsは，はんだ付けと組立後の金属化穴の破壊破壊につながることが多い。

年の高密度開発傾向により PCB 鉛フリー及びハロゲンフリーの環境保護要求, ますます PCBsは悪い濡れのようないろいろな失敗問題を抱えています, 割れ, 剥離, CAF等. これらの分析技術の実際の事例への応用を紹介する. 失敗メカニズムの獲得とその原因 PCB の品質管理に有益である PCB 将来的に, 同様の問題の再発を避けるために.