Thông tin PCB - Công nghệ phân tích lỗi bảng PCB Bách khoa

Là người mang các thành phần khác nhau và trung tâm truyền tín hiệu mạch, bảng PCB đã trở thành một phần quan trọng và quan trọng của các sản phẩm thông tin điện tử. Chất lượng và độ tin cậy của nó xác định chất lượng và độ tin cậy của toàn bộ thiết bị. Tuy nhiên, do các lý do chi phí và kỹ thuật, một số lượng lớn các vấn đề lỗi đã xảy ra trong sản xuất và ứng dụng của tấm PCB. Đối với loại vấn đề lỗi này, chúng ta cần sử dụng một số kỹ thuật phân tích lỗi phổ biến để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của tấm PCB khi chúng được sản xuất. Bài viết này tóm tắt mười kỹ thuật phân tích lỗi để tham khảo.

1. Kiểm tra trực quan Kiểm tra ngoại hình là để kiểm tra sự xuất hiện của bảng PCB trực quan hoặc với một số dụng cụ đơn giản, chẳng hạn như kính hiển vi stereo, kính hiển vi kim loại hoặc thậm chí kính phóng to, để tìm vị trí lỗi và bằng chứng vật lý liên quan. Chức năng chính là xác định vị trí lỗi và ban đầu xác định chế độ lỗi của bảng PCB. . Kiểm tra ngoại hình chủ yếu kiểm tra ô nhiễm bảng PCB, ăn mòn, vị trí của bảng bị hỏng, dây mạch và tính thường xuyên của sự thất bại, nếu đó là lô hoặc cá nhân, nó luôn tập trung ở một khu vực nhất định, v.v. Ngoài ra, nhiều lỗi bảng PCB chỉ được phát hiện sau khi bảng PCB A được lắp ráp. Cho dù sự lỗi là do quá trình lắp ráp và các vật liệu được sử dụng trong quá trình cũng đòi hỏi kiểm tra cẩn thận các đặc điểm của khu vực lỗi.2. Fluorinoscopy tia X Đối với một số bộ phận không thể kiểm tra trực quan, cũng như các khuyết tật bên trong và bên trong khác của các lỗ thông qua của bảng PCB, hệ thống fluoroscopy tia X phải được sử dụng để kiểm tra. Hệ thống quang quang tia X sử dụng độ dày vật liệu khác nhau hoặc mật độ vật liệu khác nhau dựa trên các nguyên tắc khác nhau về hấp thụ độ ẩm hoặc độ truyền của tia X để chụp ảnh. Công nghệ này được sử dụng nhiều hơn để kiểm tra các khiếm khuyết bên trong của các khớp hàn PCB board A, các khiếm khuyết bên trong của các lỗ thông qua và vị trí của các khớp hàn bị lỗi của các thiết bị BGA hoặc CSP trong bao bì mật độ cao. Độ phân giải của thiết bị quang quang công nghiệp hiện tại có thể đạt một micron hoặc ít hơn, và nó đang thay đổi từ thiết bị hình ảnh hai chiều sang ba chiều. Thậm chí còn có thiết bị năm chiều (5D) được sử dụng để kiểm tra gói, nhưng loại 5D X này Hệ thống quan điểm quang học rất đắt tiền và hiếm khi có ứng dụng thực tế trong ngành công nghiệp.3. Phân tích látPhân tích lát là quá trình có được cấu trúc cắt chéo của bảng PCB thông qua một loạt các phương pháp và bước như lấy mẫu, lắp ráp, cắt, đánh bóng, ăn mòn và quan sát. Thông qua phân tích miếng, chúng ta có thể có được thông tin phong phú về cấu trúc vi phản ánh chất lượng của bảng PCB (thông qua lỗ, mạ, v.v.), cung cấp một nền tảng tốt cho cải thiện chất lượng tiếp theo. Tuy nhiên, phương pháp này là hủy diệt. Một khi cắt, mẫu chắc chắn sẽ bị phá hủy; Đồng thời, phương pháp này đòi hỏi chuẩn bị mẫu cao và mất một thời gian dài để chuẩn bị mẫu, đòi hỏi các kỹ thuật viên được đào tạo tốt để hoàn thành. Để biết quy trình cắt chi tiết, vui lòng tham khảo tiêu chuẩn IPC IPC-TM-650 2.1.1 và IPC-MS-810.4. Kính hiển vi âm thanh quétHiện tại, kính hiển vi âm thanh quét siêu âm chế độ C chủ yếu được sử dụng cho đóng gói điện tử hoặc phân tích lắp ráp. Nó sử dụng biến đổi biên độ, pha và cực tạo ra bởi sự phản xạ của sóng siêu âm tần số cao trên giao diện không liên tục của vật liệu với hình ảnh. Phương pháp quét dọc theo trục Z quét thông tin trên phẳng X-Y. Do đó, kính hiển vi âm thanh quét có thể được sử dụng để phát hiện các thành phần, vật liệu và các khiếm khuyết khác nhau bên trong bảng PCB và bảng PCB A, bao gồm các vết nứt, phân tán, bao gồm và khoảng trống. Nếu chiều rộng tần số của âm thanh quét là đủ, các khiếm khuyết bên trong của các khớp hàn cũng có thể được phát hiện trực tiếp. Một hình ảnh âm thanh quét điển hình sử dụng một màu cảnh báo đỏ để chỉ ra sự tồn tại của các khuyết tật. Bởi vì một số lượng lớn các thành phần đóng gói nhựa được sử dụng trong quá trình SMT, một số lượng lớn các vấn đề nhạy cảm với dòng nước ẩm được tạo ra trong quá trình chuyển đổi từ chì sang không chì. Đó là nói, các thiết bị đóng gói nhựa hấp thụ độ ẩm sẽ xuất hiện vết nứt nội bộ hoặc nền tảng trong quá trình chảy lại ở nhiệt độ quá trình không chì cao hơn, và các tấm PCB thông thường sẽ vỡ dưới nhiệt độ cao của quá trình không chì. Tại thời điểm này, kính hiển vi âm thanh quét làm nổi bật những lợi thế đặc biệt của nó trong việc phát hiện lỗi không phá hủy của các tấm PCB mật độ cao đa lớp. Nói chung, các vụ nổ rõ ràng chỉ có thể được phát hiện bằng cách kiểm tra thị giác sự xuất hiện.5. Phân tích hồng ngoại vi môPhân tích hồng ngoại vi mô là một phương pháp phân tích kết hợp quang phổ hồng ngoại và kính hiển vi. Nó sử dụng nguyên tắc hấp thụ phổ hồng ngoại khác nhau bởi các vật liệu khác nhau (chủ yếu là vật liệu hữu cơ) để phân tích thành phần hợp chất của vật liệu. Kết hợp với kính hiển vi, ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng hồng ngoại có thể giống nhau. Con đường ánh sáng, miễn là nó ở trong trường nhìn có thể nhìn thấy, bạn có thể tìm thấy các chất ô nhiễm hữu cơ dấu vết để được phân tích. Nếu không kết hợp kính hiển vi, quang phổ hồng ngoại thường chỉ có thể phân tích mẫu với một lượng mẫu lớn. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp trong công nghệ điện tử, ô nhiễm vi mô có thể dẫn đến khả năng hàn kém của miếng đệm PCB hoặc chân chì. Có thể tưởng tượng được rằng rất khó để giải quyết các vấn đề quy trình mà không cần quang phổ hồng ngoại với kính hiển vi. Mục đích chính của phân tích vi hồng ngoại là phân tích các chất ô nhiễm hữu cơ trên bề mặt hàn hoặc bề mặt của khớp hàn, và phân tích nguyên nhân ăn mòn hoặc khả năng hàn kém.6. Phân tích kính hiển vi điện tử quétKính hiển vi điện tử quét (SEM) là một hệ thống hình ảnh kính hiển vi điện tử quy mô lớn hữu ích để phân tích lỗi. Nguyên tắc hoạt động của nó là sử dụng chùm electron phát ra từ cathode để được gia tốc bởi anode, và tạo thành một chùm có đường kính từ vài chục đến vài chục đến vài chục sau khi được tập trung bởi một ống kính từ. Một ngàn Angstrom (A) của chùm electron, dưới sự lệch hướng của cuộn dây quét, chùm electron quét bề mặt của điểm mẫu theo điểm trong một chuỗi thời gian và không gian nhất định. Chùm electron năng lượng cao này ném bom bề mặt của mẫu và sẽ kích thích Một loạt các thông tin có thể được thu thập và mở rộng để có được đồ họa tương ứng khác nhau từ màn hình. Các electron thứ cấp được kích thích được tạo ra trong phạm vi 5-10nm trên bề mặt của mẫu. Do đó, các electron thứ cấp có thể phản ánh tốt hơn hình thái của bề mặt mẫu, vì vậy chúng thường được sử dụng cho quan sát hình thái; trong khi các electron phân tán ngược được kích thích được tạo ra trên bề mặt mẫu 100 Trong phạm vi ~ 1000nm, các electron phân tán ngược có đặc điểm khác nhau được phát ra theo số nguyên tử của chất. Do đó, hình ảnh electron phân tán ngược có đặc điểm hình thái và khả năng phân biệt số nguyên tử. Do đó, hình ảnh electron phân tán ngược có thể phản ánh phân phối thành phần nguyên tố hóa học. Kính hiển vi điện tử quét hiện tại có chức năng rất mạnh mẽ, và bất kỳ cấu trúc mịn hoặc tính năng bề mặt nào có thể được phóng đại hàng trăm nghìn lần để quan sát và phân tích. Trong phân tích lỗi của các tấm PCB hoặc các khớp hàn, SEM chủ yếu được sử dụng để phân tích cơ chế lỗi. Cụ thể, nó được sử dụng để quan sát cấu trúc địa hình của bề mặt pad, cấu trúc kim loại của khớp hàn, và đo hợp chất liên kim loại và khả năng hàn. Phân tích lớp phủ và phân tích và đo lường whisker thiếc. Không giống như kính hiển vi quang học, kính hiển vi điện tử quét tạo ra một hình ảnh điện tử, vì vậy chỉ có màu đen và trắng được tạo ra. Mẫu của kính hiển vi điện tử quét yêu cầu độ dẫn. Các chất không dẫn và một số chất bán dẫn cần được phun bằng vàng hoặc carbon. Nếu không, sự tích lũy phí trên bề mặt của mẫu sẽ ảnh hưởng đến sự quan sát của mẫu. Ngoài ra, chiều sâu trường của hình ảnh kính hiển vi điện tử quét lớn hơn nhiều so với kính hiển vi quang học, và đó là một phương pháp phân tích quan trọng cho các mẫu không đồng đều như cấu trúc kim loại học, vết nứt vi mô và whisker thiếc.7. Phân tích phổ năng lượng tia X Kính hiển vi điện tử quét được đề cập ở trên thường được trang bị một máy đo phổ năng lượng tia X. Khi một chùm electron năng lượng cao đâm vào bề mặt của mẫu, các electron bên trong trong các nguyên tử của chất bề mặt được ném bom và thoát khỏi. Khi các electron bên ngoài chuyển sang mức năng lượng thấp hơn, tia X đặc trưng sẽ được kích thích. Các đặc điểm của các mức năng lượng nguyên tử khác nhau của các yếu tố khác nhau được phát ra. X-quang khác nhau. Do đó, tia X đặc trưng phát ra bởi mẫu có thể được phân tích như thành phần hóa học. Đồng thời, theo tín hiệu tia X phát hiện như bước sóng đặc trưng hoặc năng lượng đặc trưng, các dụng cụ tương ứng được gọi là máy phổ phân tán phổ (viết tắt là máy phổ, WDS) và máy phổ phân tán năng lượng (viết tắt là máy phổ năng lượng, EDS), và độ phân giải của máy phổ Nó cao hơn so với máy phổ năng lượng, và tốc độ phân tích của máy phổ năng lượng nhanh hơn so với máy phổ. Do tốc độ nhanh và chi phí thấp của máy quang phổ năng lượng, cấu hình kính hiển vi điện tử quét chung là máy quang phổ năng lượng. Với các phương pháp quét khác nhau của chùm electron, máy quang phổ năng lượng có thể thực hiện phân tích điểm bề mặt, phân tích đường và phân tích bề mặt, và có thể thu thập thông tin về sự phân phối khác nhau của các yếu tố. Phân tích điểm có được tất cả các yếu tố của một điểm; phân tích dòng thực hiện phân tích một yếu tố trên một dòng cụ thể mỗi lần, và quét nhiều lần để có được sự phân phối dòng của tất cả các yếu tố; Phân tích bề mặt phân tích tất cả các yếu tố trong một bề mặt cụ thể, và hàm lượng yếu tố được đo là giá trị trung bình của phạm vi bề mặt đo. Trong phân tích các tấm PCB, máy quang phổ năng lượng chủ yếu được sử dụng để phân tích thành phần của bề mặt của pad, và phân tích yếu tố của các chất ô nhiễm bề mặt của khả năng hàn kém của pad và pin chì. Độ chính xác của phân tích định lượng bằng quang phổ năng lượng là hạn chế, và hàm lượng dưới 0,1% thường không dễ phát hiện. Sử dụng kết hợp quang phổ năng lượng và SEM có thể đồng thời có được thông tin địa hình bề mặt và thành phần, đó là lý do tại sao chúng được sử dụng rộng rãi. Phân tích quang phổ quang điện tử (XPS) Khi mẫu được chiếu xạ bởi tia X, các electron vỏ bên trong của các nguyên tử bề mặt sẽ tách ra khỏi liên kết của hạt nhân nguyên tử và thoát khỏi bề mặt rắn để hình thành các electron. Bằng cách đo năng lượng động Ex của nó, có thể thu được năng lượng liên kết Eb của các electron vỏ bên trong của các nguyên tử. Các vỏ điện tử khác nhau khác nhau. Đó là thông số xác định "dấu vân tay" của nguyên tử, và đường quang phổ được hình thành là quang phổ quang điện tử (XPS). XPS có thể được sử dụng để phân tích chất lượng và định lượng của các yếu tố trên bề mặt của mẫu (vài nanomet). Ngoài ra, thông tin về giá trị hóa học của các nguyên tố cũng có thể được thu thập dựa trên sự thay đổi hóa học của năng lượng liên kết. Nó có thể cung cấp thông tin về sự liên kết của trạng thái giá trị nguyên tử lớp bề mặt và các nguyên tố xung quanh; chùm xảy ra là một chùm photon tia X, vì vậy nó có thể được phân tích cho các mẫu cách nhiệt mà không làm hỏng mẫu được phân tích cho phân tích đa yếu tố nhanh chóng; Nó cũng có thể được sử dụng trong trường hợp tước ion argon Phân tích phân phối nguyên tố chiều dọc được thực hiện trên nhiều lớp (xem dưới đây), và độ nhạy cao hơn nhiều so với phổ năng lượng (EDS). XPS chủ yếu được sử dụng trong phân tích bảng PCB để phân tích chất lượng lớp phủ, phân tích chất ô nhiễm và phân tích mức độ oxy hóa để xác định nguyên nhân sâu sắc của khả năng hàn kém.9. Calorimetry quét phân tích nhiệt (Differential Scanning Calorimetry) Một phương pháp đo mối quan hệ giữa sự khác biệt công suất giữa vật liệu đầu vào và vật liệu tham chiếu và nhiệt độ (hoặc thời gian) dưới kiểm soát nhiệt độ chương trình. DSC được trang bị hai bộ dây sưởi ấm bù đắp dưới mẫu và thùng chứa tham chiếu. Khi sự khác biệt nhiệt độ giữa mẫu và tham chiếu xảy ra do hiệu ứng nhiệt trong quá trình sưởi ấm, mạch khuếch đại nhiệt khác biệt và khuếch đại bù đắp nhiệt khác biệt có thể được sử dụng, Vì vậy dòng chảy vào dây sưởi ấm bù đắp thay đổi. Sự cân bằng nhiệt giữa hai bên, sự khác biệt nhiệt độ ÎT biến mất, và sự khác biệt giữa công suất nhiệt của hai bù đắp nhiệt điện dưới mẫu và chất tham chiếu được ghi lại với nhiệt độ (hoặc thời gian). Theo mối quan hệ thay đổi này, vật lý của vật liệu có thể được nghiên cứu và phân tích. Đặc tính hóa học và nhiệt động lực. DSC có nhiều ứng dụng, nhưng trong phân tích bảng PCB, nó chủ yếu được sử dụng để đo mức độ cứng và nhiệt độ chuyển tiếp kính của các vật liệu polymer khác nhau được sử dụng trên bảng PCB. Hai thông số này xác định độ tin cậy của bảng PCB trong quá trình tiếp theo. Tình dục.10. Phân tích cơ khí nhiệt (TMA) Phân tích cơ khí nhiệt được sử dụng để đo tính chất biến dạng của chất rắn, chất lỏng và gel dưới lực nhiệt hoặc cơ học dưới điều khiển nhiệt độ chương trình. Các phương pháp tải phổ biến bao gồm nén, thâm nhập, kéo dài, uốn cong, v.v. Bộ dò thử nghiệm được hỗ trợ bởi một chùm dao động và một lò xo cuộn dây cố định trên nó, và một tải được áp dụng cho mẫu thông qua một động cơ. Khi mẫu bị biến dạng, bộ biến áp khác biệt phát hiện sự thay đổi này và xử lý nó cùng với dữ liệu như nhiệt độ, căng thẳng và căng thẳng Mối quan hệ giữa sự biến dạng của vật liệu và nhiệt độ (hoặc thời gian) dưới tải trọng không đáng kể có thể thu được. Theo mối quan hệ giữa biến dạng và nhiệt độ (hoặc thời gian), các tính chất vật lý, hóa học và nhiệt động lực của vật liệu có thể được nghiên cứu và phân tích. TMA có một loạt các ứng dụng. Nó chủ yếu được sử dụng trong phân tích bảng PCB cho hai thông số chính của bảng PCB: đo hệ số mở rộng tuyến tính của nó và nhiệt độ chuyển tiếp kính. Các tấm PCB với chất nền có hệ số mở rộng quá lớn thường dẫn đến sự thất bại vỡ của các lỗ kim loại sau khi hàn và lắp ráp. Do xu hướng phát triển mật độ cao của các tấm PCB và các yêu cầu bảo vệ môi trường không chì và không halogen, ngày càng có nhiều tấm PCB có các vấn đề lỗi khác nhau như ướt kém, nứt, tách, CAF v.v. Giới thiệu ứng dụng các kỹ thuật phân tích này trong thực tế. Việc mua lại cơ chế lỗi và nguyên nhân của bảng PCB sẽ có lợi cho kiểm soát chất lượng của bảng PCB trong tương lai, để tránh sự tái phát của các vấn đề tương tự.