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PCB失效怎么办?

发布时间:2021年11月19日 浏览数:4 文章出自:北测可靠性实验室

PCB的重要性!!!

作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽,PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分,其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。但是由于成本以及技术的原因,PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。

对于这种失效问题,我们需要用到一些常用的失效分析技术,来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证,本文总结了部分PCB失效分析技术,供参考借鉴

失效分析技术

1.外观检查

外观检查就是目测或利用一些简单仪器,如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观,寻找失效的部位和相关的物证,主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。

外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别,是不是总是集中在某个区域等等。另外,有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现,是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。

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(体视显微镜(带摄像头)图1)

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(金相显微镜 图2)

2.X射线透视检查

对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷,只好使用X射线透视系统来检查。X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。

该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下,并正由二维向三维成像的设备转变,甚至已经有五维(5D)的设备用于封装的检查,但是这种5D的X光透视系统非常贵重,很少在工业界有实际的应用。

3.切片分析

切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB横截面结构的过程。通过切片分析可以得到反映PCB(通孔、镀层等)质量的微观结构的丰富信息,为下一步的质量改进提供很好的依据。但是该方法是破坏性的,一旦进行了切片,样品就必然遭到破坏;同时该方法制样要求高,制样耗时也较长,需要训练有素的技术人员来完成。要求详细的切片作业过程,可以参考IPC的标准IPC-TM-650 2.1.1和IPC-MS-810规定的流程进行。

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(切片整体图 图3)

4.显微红外分析

显微红外分析就是将红外光谱与显微镜结合在一起的分析方法,它利用不同材料(主要是有机物)对红外光谱不同吸收的原理,分析材料的化合物成分,再结合显微镜可使可见光与红外光同光路,只要在可见的视场下,就可以寻找要分析微量的有机污染物。

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(傅立叶变换显微红外光谱仪 图4)

如果没有显微镜的结合,通常红外光谱只能分析样品量较多的样品。而电子工艺中很多情况是微量污染就可以导致PCB焊盘或引线脚的可焊性不良,可以想象,没有显微镜配套的红外光谱是很难解决工艺问题的。显微红外分析的主要用途就是分析被焊面或焊点表面的有机污染物,分析腐蚀或可焊性不良的原因。

5.扫描电子显微镜分析

扫描电子显微镜(SEM)是进行失效分析的一种最有用的大型电子显微成像系统,其工作原理是利用阴极发射的电子束经阳极加速,由磁透镜聚焦后形成一束直径为几十至几千埃(A)的电子束流,在扫描线圈的偏转作用下,电子束以一定时间和空间顺序在试样表面作逐点式扫描运动,这束高能电子束轰击到样品表面上会激发出多种信息,经过收集放大就能从显示屏上得到各种相应的图形。

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(图5 源于&北测检测)

激发的二次电子产生于样品表面5~10nm范围内,因而,二次电子能够较好的反映样品表面的形貌,所以最常用作形貌观察;而激发的背散射电子则产生于样品表面100~1000nm范围内,随着物质原子序数的不同而发射不同特征的背散射电子,因此背散射电子图象具有形貌特征和原子序数判别的能力,也因此,背散射电子像可反映化学元素成分的分布。/撞销初始速度(即为碰撞前后的速度比乘以1000)。

现时的扫描电子显微镜的功能已经很强大,任何精细结构或表面特征均可放大到几十万倍进行观察与分析。

在PCB或焊点的失效分析方面,SEM主要用来作失效机理的分析,具体说来就是用来观察焊盘表面的形貌结构、焊点金相组织、测量金属间化物、可焊性镀层分析以及做锡须分析测量等。与光学显微镜不同,扫描电镜所成的是电子像,因此只有黑白两色,并且扫描电镜的试样要求导电,对非导体和部分半导体需要喷金或碳处理,否则电荷聚集在样品表面就影响样品的观察。

此外,扫描电镜图像景深远远大于光学显微镜,是针对金相结构、显微断口以及锡须等不平整样品的重要分析方法。

6.热分析差示扫描量热法

在程序控温下,测量输入到物质与参比物质之间的功率差与温度(或时间)关系的一种方法。DSC在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝,当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时,可通过差热放大电路和差动热量补偿放大器,使流入补偿电热丝的电流发生变化。

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(差示扫描量热仪 图6)

而使两边热量平衡,温差ΔT消失,并记录试样和参比物下两只电热补偿的热功率之差随温度(或时间)的变化关系,根据这种变化关系,可研究分析材料的物理化学及热力学性能。DSC的应用广泛,但在PCB的分析方面主要用于测量PCB上所用的各种高分子材料的固化程度、玻璃态转化温度,这两个参数决定着PCB在后续工艺过程中的可靠性。

根据形变与温度(或时间)的关系,可研究分析材料的物理化学及热力学性能。TMA的应用广泛,在PCB的分析方面主要用于PCB最关键的两个参数:测量其线性膨胀系数和玻璃态转化温度。膨胀系数过大的基材的PCB在焊接组装后常常会导致金属化孔的断裂失效。

由于PCB高密度的发展趋势以及无铅与无卤的环保要求,越来越多的PCB出现了润湿不良、爆板、分层、CAF等等各种失效问题。介绍这些分析技术在实际案例中的应用。PCB失效机理与原因的获得将有利于将来对PCB的质量控制,从而避免类似问题的再度发生。

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