PCB失效分析技术与案例

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1、PCB失效分析技术与典型案例2009-11-1815:10:05资料来源:PCBcity作者：罗道军、汪洋、聂昕摘要丨由于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。本文首先介绍针对PCB在使用过程中的这些失效的分析技术，包括扫描电镜与能谱、光电子能谱、切片、热分析以及傅立叶红外光谱分析等。然后结合PCB的典型失效分析案例，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牛。关键词I印制电路

2、板，失效分析，分析技术一、刖目PCB作为各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界性。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以及环保的方向发展。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，并因此引发了许多的质量纠纷。为了弄清楚失效的原因以傻找到解决问题的办法和分清责任，必须对所发生的失效案例进行失效分析。本文将讨论和介绍一部分常用的失效分析技术，同时介绍一些典型的案例。二、失效分析

3、技术介于PCB的结构特点勺失效的主要模式，本文将重点介绍九项用于PCB失效分析的技术，包括：外观检查、X射线透视检查、金相切片分析、热分析、光电子能谱分析、显微红外分析、扫描电镜分析以及X射线能谱分析等。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、可焊性测试勻尺寸测量等方面的试验技术，这里就不专门介绍了。外观检査外观检查

4、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，是不是总是集中在菜个区域等等。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。2.2X射线透视检査对于菜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

5、叹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。该技术熨多地用来检查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。2.3切片分析切片分析就是遹过取样、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PCBO孔、镀层等)

6、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丄1和IPC—MS—810规定的流程进行。2.4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模式的超芦扫描芦学显微镜，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，扫描芦学显微镜可以用来检测元器件、材料

7、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。如果扫描芦学的频率宽度足够的话，还可以1£接检测到焊点的内部缺陷。典型的扫描芦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SMTT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幵裂现象'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'扫描芦学显微镜就凸现其在多层高密度PCB无损探伤方的特别优势。而一般的阴显的爆板则只需通过且测外观就能检测出来。2

8、.5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(主要是有机物闵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勻红外光同光路，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。如果没有