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介绍PCB的几个失效分析技术

点击次数:233  发布时间:2021-07-27
  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。
  介于PCB的结构特点与失效的主要模式,其中金相切片分析是属于破坏性的分析技术,一旦使用了这两种技术,样品就破坏了,且无法恢复;另外由于制样的要求,可能扫描电镜分析和X射线能谱分析有时也需要部分破坏样品。此外,在分析的过程中可能还会由于失效定位和失效原因的验证的需要,可能需要使用如热应力、电性能、可焊性测试与尺寸测量等方面的试验技术,这里就不专门介绍了。
  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。
  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-6502.1.1和IPC-MS-810规定的流程进行。
  4.扫描声学显微镜目前用于电子封装或组装分析的主要是C模式的超声扫描声学显微镜,它是利用高频超声波在材料不连续界面上反射产生的振幅及位相与极性变化来成像,其扫描方式是沿着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、材料以及PCB与PCBA内部的各种缺陷,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。典型的扫描声学的图像是以红色的警示色表示缺陷的存在,由于大量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过程中,大量的潮湿回流敏感问题产生,即吸湿的塑封器件会在更高的无铅工艺温度下回流时出现内部或基板分层开裂现象,在无铅工艺的高温下普通的PCB也会常常出现爆板现象。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。
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