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超全的pcb失效剖析技术

PCB作为种种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的重要而要害的部分，其质量的优劣与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。

2022-05-05 17:09:23澳门广东会贵宾厅

PCB作为种种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的重要而要害的部分，其质量的优劣与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。随着电子信息产品的小型化以及无铅无卤化的环保要求，PCB也向高密度高Tg以及环保的偏向生长。可是由于本钱以及技术的原因，PCB在生产和应用历程中泛起了大宗的失效问题，并因此引发了许多的质量纠纷。为了弄清楚失效的原因以便找到解决问题的步伐和分清责任，必须对所爆发的失效案例进行失效剖析。

要获得PCB失效或不良的准确原因或者机理，必须遵守基本的原则及剖析流程，不然可能会漏掉名贵的失效信息，造身剖析不可继续或可能获得过失的结论。一般的基本流程是，首先必须基于失效现象，通过信息收集、功效测试、电性能测试以及简单的外观检查，确定失效部位与失效模式，即失效定位或故障定位。关于简单的PCB或PCBA，失效的部位很容易确定，可是，关于较为庞大的BGA或MCM封装的器件或基板，缺陷不易通过显微镜视察，一时不易确定，这个时候就需要借助其它手段来确定。接着就要进行失效机理的剖析，纵然用种种物理、化学手段剖析导致PCB失效或缺陷爆发的机理，如虚焊、污染、机械损伤、湿润应力、介质腐化、疲劳损伤、CAF或离子迁移、应力过载等等。再就是失效原因剖析，即基于失效机理与制程历程剖析，寻找导致失效机理爆发的原因，须要时进行试验验证，一般尽应该可能的进行试验验证，通过试验验证可以找到准确的诱导失效的原因。这就为下一步的革新提供了有的放矢的依据。最后，就是凭据剖析历程所获得试验数据、事实与结论，体例失效剖析报告，要求报告的事实清楚、逻辑推理严密、条理性强，切忌凭空想象。

剖析的历程中，注意使用剖析要领应该从简单到庞大、从外到里、从不破坏样品再到使用破坏的基来源则。只有这样，才可以制止丧失要害信息、制止引入新的人为的失效机理。就好比交通事故，如果事故的一方破坏或逃离了现场，在高明的警察也很难作出准确责任认定，这时的交通规则一般就要求逃离现场者或破坏现场的一方担负全部责任。PCB或PCBA的失效剖析也一样，如果使用电烙铁对失效的焊点进行补焊处理或大剪刀进行强力剪裁PCB，那么再剖析就无从下手了，失效的现场已经破坏了。特别是在失效样品少的情况下，一旦破坏或损伤了失效现场的情况，真正的失效原因就无法获得了。

失效剖析的基本程序

光学显微镜

光学显微镜主要用于PCB的外观检查，寻找失效的部位和相关的物证，开端判断PCB的失效模式。外观检查主要检查PCB的污染、腐化、爆板的位置、电路布线以及失效的纪律性、如是批次的或是个体，是不是总是集中在某个区域等等。

X射线(X-ray)

关于某些不可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差别质料厚度或是差别质料密度对X光的吸湿或透过率的差别原理来成像。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。

切片剖析

切片剖析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐化、视察等一系列手段和办法获得PCB横截面结构的历程。通过切片剖析可以获得反应PCB(通孔、镀层等)质量的微观结构的富厚信息，为下一步的质量革新提供很好的依据。可是该要领是破坏性的，一旦进行了切片，样品就一定遭到破坏。

扫描声学显微镜

目前用于电子封装或组装剖析的主要是C模式的超声扫描声学显微镜，它是利用高频超声波在质料不连续界面上反射爆发的振幅及位相与极性变革来成像，其扫描方法是沿着Z轴扫描X-Y平面的信息。因此，扫描声学显微镜可以用来检测元器件、质料以及PCB与PCBA内部的种种缺陷，包括裂纹、分层、夹杂物以及空洞等。如果扫描声学的频率宽度足够的话，还可以直接检测到焊点的内部缺陷。典范的扫描声学的图像是以红色的警示色体现缺陷的保存，由于大宗塑料封装的元器件使用在SMT工艺中，由有铅转换成无铅工艺的历程中，大宗的湿润回流敏感问题爆发，即吸湿的塑封器件会在更高的无铅工艺温度下回流时泛起内部或基板分层开裂现象，在无铅工艺的高温下普通的PCB也会经常泛起爆板现象。此时，扫描声学显微镜就凸现其在多层高密度PCB无损探伤方面的特别优势。而一般的明显的爆板则只需通过目测外观就能检测出来。

显微红外剖析

显微红外剖析就是将红外光谱与显微镜结合在一起的剖析要领，它利用差别质料(主要是有机物)对红外光谱差别吸收的原理，剖析质料的化合物身分，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，就可以寻找要剖析微量的有机污染物。如果没有显微镜的结合，通常红外光谱只能剖析样品量较多的样品。而电子工艺中许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。显微红外剖析的主要用途就是剖析被焊面或焊点外貌的有机污染物，剖析腐化或可焊性不良的原因。

扫描电子显微镜剖析(SEM)

扫描电子显微镜(SEM)是进行失效剖析的一种最有用的大型电子显微成像系统，最常用作形貌视察，现时的扫描电子显微镜的功效已经很强大，任何精细结构或外貌特征均可放大到几十万倍进行视察与剖析。

在PCB或焊点的失效剖析方面，SEM主要用来作失效机理的剖析，具体说来就是用来视察焊盘外貌的形貌结构、焊点金相组织、丈量金属间化物、可焊性镀层剖析以及做锡须剖析丈量等。与光学显微镜差别，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，不然电荷聚集在样品外貌就影响样品的视察。别的，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剖析要领。

差示扫描量热仪(DSC)

差示扫描量热法(DifferentialScanningCalorim-etry)是在程序控温下，丈量输入到物质与参比物质之间的功率差与温度(或时间)关系的一种要领。是研究热量随温度变革关系的剖析要领，凭据这种变革关系，可研究剖析质料的物理化学及热力学性能。DSC的应用广，但在PCB的剖析方面主要用于丈量PCB上所用的种种高分子质料的固化水平、玻璃态转化温度，这两个参数决定着PCB在后续工艺历程中的可靠性。

热机械剖析仪(TMA)

热机械剖析技术(ThermalMechanicalAnalysis)用于程序控温下，丈量固体、液体和凝胶在热或机械力作用下的形变性能。是研究热与机械性能关系的要领，凭据形变与温度(或时间)的关系，可研究剖析质料的物理化学及热力学性能。TMA的应用广，在PCB的剖析方面主要用于PCB最要害的两个参数：丈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在焊接组装后经常会导致金属化孔的断裂失效。

热重剖析仪(TGA)

热重法(ThermogravimetryAnalysis)是在程序控温下，丈量物质的质量随温度(或时间)的变革关系的一种要领。TGA通过精密的电子天平可监测物质在程控变温历程中爆发的细微的质量变革。凭据物质质量随温度(或时间)的变革关系，可研究剖析质料的物理化学及热力学性能。在PCB的剖析方面，主要用于丈量PCB质料的热稳定性或热剖析温度，如果基材的热剖析温度太低，PCB在经过焊接历程的高温时将会爆发爆板或分层失效现象。