Thông tin PCB - Tổng quan về công nghệ phân tích lỗi bảng PCB

Bảng mạch in đã trở thành một phần quan trọng và quan trọng của các sản phẩm thông tin điện tử, và chất lượng và mức 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 bảng PCB trong quá trình sản xuất.

1. Kiểm tra ngoại hình Kiểm tra ngoại hình là kiểm tra trực quan hoặc sử dụng một số dụng cụ đơn giản, chẳng hạn như kính hiển vi stereo, kính hiển vi kim loại học và thậm chí kính phóng to để kiểm tra sự xuất hiện của bảng PCB, tìm các bộ phận bị thất bại và bằng chứng vật lý liên quan, vai trò chính là xác định vị trí sự thất bại và đưa ra phán đoán sơ bộ về PCB. Failure Mode của Board Kiểm tra thị giác chủ yếu kiểm tra bảng PCB về ô nhiễm, ăn mòn, vị trí của bảng nổ, dây mạch và tính thường xuyên của sự lỗi, cho dù đó là lô hoặc cá nhân, cho dù nó luôn tập trung ở một khu vực nhất định, v.v. Ngoài ra, có nhiều sự lỗi của bảng PCB được tìm thấy sau khi lắp ráp vào bảng PCB A. Cho dù sự lỗi là do quá trình lắp ráp và ảnh hưởng của các vật liệu được sử dụng trong quá trình cũng đòi hỏi kiểm tra cẩn thận các đặc điểm của khu vực lỗi.2. Kiểm tra quang quang X Đối với một số bộ phận không thể kiểm tra bằng kiểm tra thị giác, cũng như bên trong các lỗ thông qua của bảng PCB và các khiếm khuyết bên trong khác, hệ thống quang quang X phải được sử dụng để kiểm tra. Hệ thống quang quang X sử dụng các nguyên tắc khác nhau của sự hấp thụ độ ẩm hoặc độ truyền của tia X bằng độ dày vật liệu khác nhau hoặc mật độ vật liệu khác nhau với hình ảnh. Công nghệ này được sử dụng nhiều hơn để kiểm tra các khiếm khuyết bên trong các khớp hàn của bảng PCB 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 đóng gói mật độ cao. Độ phân giải của thiết bị quang quang quang công nghiệp hiện tại có thể đạt một micron hoặc ít hơn, và đang thay đổi từ thiết bị hình ảnh hai chiều sang ba chiều, và thậm chí thiết bị năm chiều (5D) được sử dụng để kiểm tra bao bì, nhưng hệ thống quang quang quang 5D này rất đắt tiền và hiếm khi có ứng dụng thực tế trong ngành công nghiệp.3. Phân tích miếng Phân tích miếng là quá trình có được cấu trúc cắt chéo của bảng PCB thông qua một loạt các phương tiện và bước như lấy mẫu, lắp vào, cắt, đánh bóng, ăn mòn và quan sát. Thông qua phân tích miếng, thông tin phong phú về cấu trúc vi phản ánh chất lượng của bảng PCB (thông qua lỗ, mạ, v.v.) có thể được thu thập, cung cấp một nền tảng tốt cho cải thiện chất lượng tiếp theo. Tuy nhiên, phương pháp này là phá hủy, và một khi cắt được thực hiện, mẫu sẽ bị phá hủy; Đồng thời, phương pháp này đòi hỏi chuẩn bị mẫu cao, mất một thời gian dài để chuẩn bị mẫu, và đòi hỏi kỹ thuật viên được đào tạo tốt để hoàn thành. Đối với quy trình cắt chi tiết, bạn có thể tham khảo các thủ tục được chỉ định trong tiêu chuẩn IPC-TM-650 2.1.1 và IPC-MS-810.4 của IPC. Kính hiển vi âm thanh quét hiện được sử dụng cho đóng gói điện tử hoặc phân tích lắp ráp chủ yếu là kính hiển vi âm thanh quét siêu âm chế độ C, sử dụng các thay đổi biên độ, pha và cực được tạo ra bởi sự phản ánh của sóng siêu âm tần số cao trên giao diện không liên tục của vật liệu với hình ảnh. Phương pháp quét là quét thông tin trong phẳng XY dọc theo trục Z. Do đó, kính hiển vi âm thanh quét có thể được sử dụng để phát hiện các khiếm khuyết khác nhau trong các thành phần, vật liệu và bảng PCB và bảng PCB A, bao gồm các vết nứt, phân tán, bao gồm và khoảng trống. Lỗi nội bộ trong các khớp hàn cũng có thể được phát hiện trực tiếp nếu chiều rộng tần số của âm thanh quét là đủ. Một hình ảnh âm thanh được quét điển hình là một màu cảnh báo đỏ để chỉ ra sự hiện diện của các khuyết tật. 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 lưu lượng ẩm được tạo ra trong quá trình chuyển đổi từ chì sang không chì. Đó là nói, gói nhựa ướt sẽ có nội bộ hoặc nền và nứt trong quá trình chảy lại ở nhiệt độ quá trình không chì cao hơn, và các tấm PCB thông thường sẽ thường nổ ở 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 thử nghiệm không phá hủy của các tấm PCB mật độ cao đa lớp. Bảng vỡ rõ ràng chung chỉ có thể được phát hiện bằng sự xuất hiện thị giác.5. Phân tích hồng ngoại bằng kính hiển vi Phân tích hồng ngoại bằng kính hiển vi là một phương pháp phân tích kết hợp quang phổ hồng ngoại và kính hiển vi. Nó sử dụng nguyên tắc hấp thụ khác nhau của quang phổ hồng ngoại bởi các vật liệu khác nhau (chủ yếu là các chất hữu cơ) để phân tích thành phần hợp chất của vật liệu, và sau đó kết hợp với kính hiển vi Ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng hồng ngoại nằm trong cùng một con đường quang học, miễn là chúng nằm trong lĩnh vực nhìn thấy, các chất ô nhiễm hữu cơ dấu vết được phân tích có thể được tìm thấy. Nếu không kết hợp kính hiển vi, quang phổ hồng ngoại thường chỉ có thể phân tích các mẫu có khối lượng mẫu lớn hơn. Trong nhiều trường hợp trong công nghệ điện tử, ô nhiễm dấu vết 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 có quang phổ hồng ngoại hỗ trợ kính hiển vi. Mục đích chính của phân tích vi hồng ngoại là phân tích ô nhiễm hữu cơ trên bề mặt hàn hoặc khớp hàn, và phân tích nguyên nhân ăn mòn hoặc khả năng hàn kém.6. Phân tích kính hiển vi điện tử quét Kính 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 được phát ra bởi cathode để được tăng tốc bởi anode và tập trung bởi một ống kính từ để hình thành một chùm. Dòng chùm electron với đường kính từ hàng chục đến hàng nghìn angstroms (A), 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. Một loạt các thông tin sẽ được phấn khích trên bề mặt của mẫu, và các đồ họa tương ứng khác nhau có thể được thu thập từ màn hình hiển thị sau khi thu thập và khuếch đại. Các electron thứ cấp được kích thích được tạo ra trong phạm vi 5-10 nm trên bề mặt của mẫu. Do đó, các electron thứ cấp có thể phản ánh tốt hơn hình thái bề mặt của mẫu, vì vậy chúng thường được sử dụng cho quan sát hình thái; Trong khi các electron bị kích thích được tạo ra ở 100 nm trên bề mặt mẫu. Trong phạm vi ~ 1000nm, các electron phân tán ngược với đặc điểm khác nhau được phát ra với số nguyên tử khác nhau của các chất, vì vậy các hình ảnh electron phân tán ngược có khả năng phân biệt hình dạng và số nguyên tử. Do đó, các hình ảnh electron phân tán ngược có thể phản ánh thành phần của các nguyên tố hóa học. Các chức năng của kính hiển vi điện tử quét hiện tại đã rất mạnh mẽ, và bất kỳ cấu trúc mịn hoặc tính năng bề mặt nào có thể được phóng đại lên hàng trăm nghìn lần để quan sát và phân tích. Về phân tích lỗi của các tấm PCB hoặc các khớp hàn, SEM chủ yếu được sử dụng để phân tích cơ chế lỗi, đặc biệt là để quan sát địa hình và cấu trúc của bề mặt pad, cấu trúc kim loại học của các khớp hàn, đo các hợp chất liên kim loại và khả năng hàn. Phân tích lớp phủ và phân tích và đo lường whisker thiếc, v.v. Khác với kính hiển vi quang học, kính hiển vi điện tử quét hình thành một hình ảnh điện tử, vì vậy chỉ có màu đen và trắng, và mẫu của kính hiển vi điện tử quét cần dẫn điện, và chất phi dẫn và một số chất bán dẫn cần được phun vàng hoặc cacbon, nếu không sạc sẽ tích lũy trên bề mặt của mẫu. Quan sát mẫu. Ngoài ra, chiều sâu trường của hình ảnh SEM 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 kính hiển vi và lông chùm thiếc. Phân tích phổ năng lượng tia X Kính hiển vi điện tử quét được đề cập ở trên thường được trang bị máy đo phổ năng lượng tia X. Khi chùm electron năng lượng cao đâm vào bề mặt của mẫu, các electron bên trong trong các nguyên tử của vật liệu bề mặt được ném bom và thoát khỏi, và các electron bên ngoài chuyển sang mức năng lượng thấp hơn, sẽ kích thích tia X đặc trưng, đặc trưng của sự khác biệt trong mức năng lượng nguyên tử của các yếu tố khác nhau. Các tia X khác nhau, vì vậy các tia X đặc trưng phát ra bởi mẫu có thể được phân tích như các thành phần hóa học. Đồng thời, theo bước sóng đặc trưng hoặc năng lượng đặc trưng của tín hiệu tia X được phát hiện, các thiết bị 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). Cao hơn máy quang phổ năng lượng, tốc độ phân tích của máy quang phổ năng lượng nhanh hơn so với máy quang phổ. Do tốc độ nhanh và chi phí thấp của máy quang phổ năng lượng, kính hiển vi điện tử quét nói chung được trang bị một 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, phân tích đường và phân tích bề mặt của 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 nội dung yếu tố được đo là giá trị trung bình của phạm vi diện tích 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 miếng đệm, và phân tích nguyên tố của các chất gây ô nhiễm bề mặt của miếng đệm và chân chì với khả năng hàn kém. Độ chính xác phân tích định lượng của quang phổ năng lượng là hạn chế, và hàm lượng dưới 0,1% thường không dễ phát hiện. Sự kết hợp của quang phổ năng lượng và SEM có thể đồng thời thu thập thông tin về hình dạng và thành phần bề mặt, đó là lý do tại sao chúng được sử dụng rộng rãi. Khi mẫu quang phổ quang điện tử (XPS) được chiếu xạ bằng tia X, các electron vỏ bên trong của các nguyên tử bề mặt sẽ tách ra khỏi sự ràng buộc của hạt nhân và thoát khỏi bề mặt rắn để hình thành các electron. Năng lượng động Ex được đo, và sự kết hợp của các electron vỏ bên trong của các nguyên tử có thể được thu được. Năng lượng Eb và Eb khác nhau với các yếu tố khác nhau và các vỏ điện tử khác nhau. Đó là thông số xác định "dấu vân tay" của nguyên tử, và đường phổ được hình thành là phổ quang điện tử (XPS). XPS có thể được sử dụng để thực hiện phân tích định lượng và chất lượng của các yếu tố bề mặt nông (vài nanomet) trên bề mặt mẫu. Ngoài ra, thông tin về các trạng thái giá trị hóa học của các nguyên tố có thể được thu thập từ sự thay đổi hóa học của các năng lượng liên kết. Nó có thể cung cấp thông tin như trạng thái valence của lớp bề mặt và liên kết của các yếu tố xung quanh; chùm xảy ra là một chùm photon tia X, vì vậy mẫu cách nhiệt có thể được phân tích mà không làm hỏng mẫu được phân tích. 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 theo chiều dọc của nhiều lớp (xem sau) được thực hiện với độ nhạy cao hơn nhiều so với quang phổ phân tán năng lượng (EDS). XPS chủ yếu được sử dụng để phân tích chất lượng lớp phủ pad, phân tích ô nhiễm và phân tích mức độ oxy hóa trong phân tích bảng PCB để xác định nguyên nhân sâu của khả năng hàn kém.9. Phân tích nhiệt Calorimetry quét khác biệt (Calorimetry quét khác biệt): Một phương pháp đo mối quan hệ giữa sự khác biệt công suất và nhiệt độ (hoặc thời gian) giữa vật liệu đầu vào và vật liệu tham chiếu dưới điều khiển nhiệt độ được lập 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 ÎT xảy ra giữa mẫu và tham chiếu 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. , dòng chảy vào dây sưởi ấm bù đắp thay đổi, và nhiệt ở cả hai bên được cân bằng, sự khác biệt nhiệt độ Î ¢ T biến mất, và mối quan hệ giữa sự khác biệt của công suất nhiệt của hai bù đắp sưởi ấm điện dưới mẫu và vật liệu tham chiếu với nhiệt độ (hoặc thời gian) thay đổi, theo Mối quan hệ thay đổi này có thể được sử dụng để nghiên cứu và phân tích các đặc tính vật lý hóa học và nhiệt động lực của vật liệu. DSC được sử dụng rộng rãi, nhưng trong phân tích bảng PCB, nó chủ yếu được sử dụng để đo mức độ cứng của các vật liệu polymer khác nhau được sử dụng trên bảng PCB (chẳng hạn như Hình 2) và nhiệt độ chuyển tiếp kính. Hai thông số này xác định việc sử dụng tiếp theo của bảng PCB. Quá trình tin cậy. Máy phân tích cơ nhiệt (TMA): Phân tích cơ nhiệt được sử dụng để đo tính chất biến dạng của chất rắn, chất lỏng và gel dưới tác động của nhiệt hoặc lực cơ học dưới nhiệt độ được kiểm soát bởi chương trình. Chèn, 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 và xử lý nó cùng với dữ liệu như nhiệt độ, căng thẳng và căng thẳng. Sự biến dạng của vật liệu dưới tải trọng không đáng kể như một hàm của nhiệt độ (hoặc thời gian) có thể được thu được. Theo mối quan hệ giữa biến dạng và nhiệt độ (hoặc thời gian), các đặc tính vật lý hóa học và nhiệt động lực của vật liệu có thể được nghiên cứu và phân tích. TMA được sử dụng rộng rãi và 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. Bảng PCB với chất nền có hệ số mở rộng quá mức thường dẫn đến sự thất bại vỡ của lỗ kim loại sau khi hàn và lắp ráp. Do xu hướng phát triển của các tấm PCB mật độ cao 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, nổ, tách và CAF. Việc mua lại cơ chế lỗi và nguyên nhân của bảng PCB sẽ có lợi cho kiểm soát chất lượng của bảng mạch in trong tương lai, để tránh sự tái phát của các vấn đề tương tự.