對(duì)于此類(lèi)故障問(wèn)題，我們需要使用一些常用的故障分析技術(shù)來(lái)確保制造過(guò)程中PCB的質(zhì)量和可靠性。本文總結(jié)了十大故障分析技術(shù)，以供參考。
1.外觀檢查
目視檢查是目視檢查或使用一些簡(jiǎn)單的儀器，例如體視顯微鏡，金相顯微鏡，甚至是放大鏡，以檢查PCB的外觀，并查找故障的零件和相關(guān)的物理證據(jù)。主要功能是定位故障并確定PCB的故障模式。外觀檢查主要檢查PCB的污染，腐蝕，爆炸板的位置，電路布線和故障的規(guī)律性。此外，許多PCB故障只有在組裝成PCBA后才發(fā)現(xiàn)。故障是否是由組裝過(guò)程引起的，以及過(guò)程中所用材料的影響還需要仔細(xì)檢查故障區(qū)域的特性。2.X射線透視
對(duì)于某些無(wú)法通過(guò)外觀以及PCB通孔的內(nèi)部和其他內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢查的零件，必須使用X射線熒光透視系統(tǒng)進(jìn)行檢查。 X射線熒光透視系統(tǒng)使用不同的材料厚度或不同的材料密度來(lái)吸收X射線或通過(guò)不同的原理透射光。此技術(shù)更多地用于檢查PCBA焊點(diǎn)內(nèi)部的缺陷，通孔內(nèi)部的缺陷以及高密度封裝BGA或CSP器件的缺陷焊點(diǎn)的位置。當(dāng)前的工業(yè)X射線熒光透視設(shè)備的分辨率可以達(dá)到一微米以下，并且它已經(jīng)從二維成像設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)槿S成像設(shè)備。甚至五維（5D）設(shè)備都已用于包裝檢查，但是這種5D X熒光透視系統(tǒng)非常昂貴，很少在工業(yè)中得到實(shí)際應(yīng)用。3.切片分析
切片分析是通過(guò)一系列方法和步驟（例如采樣，鑲嵌，切片，拋光，腐蝕和觀察）獲得PCB橫截面結(jié)構(gòu)的過(guò)程。通過(guò)切片分析，您可以獲得有關(guān)PCB的微結(jié)構(gòu)的豐富信息（通孔，電鍍等），這為下一步的質(zhì)量改進(jìn)提供了良好的基礎(chǔ)。但是，此方法具有破壞性。切片后，樣品將被銷(xiāo)毀。同時(shí)，該方法需要大量的樣品制備，并且樣品制備需要很長(zhǎng)時(shí)間，這需要訓(xùn)練有素的技術(shù)人員來(lái)完成。有關(guān)詳細(xì)的切片過(guò)程，請(qǐng)參閱IPC標(biāo)準(zhǔn)IPC-TM-650 2.1.1和IPC-MS-810中指定的過(guò)程。4.超聲掃描聲顯微鏡
當(dāng)前，C模式超聲掃描聲顯微鏡主要用于電子包裝或組裝分析。它在材料的不連續(xù)界面上使用高頻超聲反射來(lái)成像振幅，相位和極性變化。掃描方法是沿Z軸在XY平面中掃描信息。因此，掃描聲顯微鏡可用于檢測(cè)組件，材料以及PCB和PCBA中的各種缺陷，包括裂紋，分層，夾雜物和空隙。如果掃描聲音的頻率寬度足夠大，則還可以直接檢測(cè)焊點(diǎn)的內(nèi)部缺陷。典型的掃描聲像是紅色警告色，表示存在缺陷。由于在SMT工藝中使用了許多塑料封裝的組件，因此在將鉛轉(zhuǎn)換為無(wú)鉛的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大量對(duì)水分回流敏感的問(wèn)題。也就是說(shuō)，吸濕性塑料包裝裝置在較高的無(wú)鉛工藝溫度下回流時(shí)，將在內(nèi)部或在基板上破裂，而普通的PCB常常會(huì)在無(wú)鉛工藝的高溫下彈出。這時(shí)，掃描聲顯微鏡突出了其在多層高密度PCB的無(wú)損檢測(cè)中的特殊優(yōu)勢(shì)。通常，只有通過(guò)肉眼檢查才能發(fā)現(xiàn)明顯的破裂板。
5.顯微紅外分析
顯微紅外分析是一種結(jié)合了紅外光譜和顯微鏡的分析方法。它利用不同材料（主要是有機(jī)物）對(duì)紅外光譜的吸收不同的原理來(lái)分析材料的化合物組成。與顯微鏡相結(jié)合，可見(jiàn)光可以與紅外光相結(jié)合，只要它在可見(jiàn)光視野內(nèi)，就可以找到需要分析的極少量有機(jī)污染物。如果沒(méi)有顯微鏡的組合，通常紅外光譜只能分析大樣品量的樣品。在電子過(guò)程中的許多情況下，痕量污染會(huì)導(dǎo)致PCB焊盤(pán)或引腳的可焊性差。可以想象，如果沒(méi)有顯微鏡的紅外光譜很難解決工藝問(wèn)題。微紅外分析的主要目的是分析焊接表面或接頭表面上的有機(jī)污染物，并分析腐蝕或可焊性差的原因。6.掃描電子顯微鏡分析
掃描電子顯微鏡（SEM）是用于故障分析的最有用的大型電子顯微鏡成像系統(tǒng)之一。它的工作原理是利用陰極發(fā)射的電子束被陽(yáng)極加速并由磁透鏡聚焦形成直徑為幾十埃的電子束。在掃描線圈的偏轉(zhuǎn)下，幾倍的電子束電流千埃（A）在特定的時(shí)間和空間序列上在樣品表面上進(jìn)行逐點(diǎn)掃描運(yùn)動(dòng)。高能電子束在樣品表面受到轟擊時(shí)將被激發(fā)。產(chǎn)生各種信息，并且在收集并放大之后可以從顯示屏獲得各種相應(yīng)的圖形。激發(fā)的二次電子在樣品表面上產(chǎn)生5-10 nm的范圍。因此，二次電子可以更好地反映樣品表面的形貌，因此最常用于形貌觀察。激發(fā)后的散射電子在樣品表面產(chǎn)生。在100?1000nm范圍內(nèi)，以不同的原子序數(shù)發(fā)射出不同特性的反向散射電子。因此，背向散射電子圖像具有形態(tài)特征和辨別原子序數(shù)的能力。因此，反向散射電子圖像可以反映化學(xué)元素組成的分布。當(dāng)前的掃描電子顯微鏡非常強(qiáng)大，任何精細(xì)的結(jié)構(gòu)或表面特征都可以放大到數(shù)十萬(wàn)倍用于觀察和分析。就PCB或焊點(diǎn)的故障分析而言，SEM主要用于分析故障機(jī)理。具體而言，它用于觀察焊盤(pán)表面的形態(tài)，焊點(diǎn)的金相結(jié)構(gòu)，金屬間化合物的測(cè)量，可焊涂層以及錫晶須的分析和測(cè)量。與光學(xué)顯微鏡不同，掃描電子顯微鏡是一種電子圖像，因此只有黑色和白色，并且掃描電子顯微鏡的樣品需要導(dǎo)電，并且非導(dǎo)體和某些半導(dǎo)體需要噴涂金或碳，否則，電荷在樣品表面上的積累會(huì)影響樣品的觀察。此外，SEM圖像的景深遠(yuǎn)大于光學(xué)顯微鏡的景深，它是對(duì)不均勻樣品（如金相組織，微裂紋和錫晶須）的重要分析方法。
7. X射線能譜分析
上述的SEM通常配備有X射線光譜儀。當(dāng)高能電子束撞擊樣品表面時(shí)，表面材料原子中的內(nèi)部電子被轟擊并逸出。當(dāng)外部電子躍遷到低能級(jí)時(shí)，特征X射線被激發(fā)，并發(fā)射出不同元素的不同原子能級(jí)的特征。 X射線不同，因此可以將樣品發(fā)出的特征X射線作為化學(xué)成分進(jìn)行分析。同時(shí)，根據(jù)X射線信號(hào)作為特征波長(zhǎng)或特征能量的檢測(cè)，相應(yīng)的儀器分別稱為光譜色散光譜儀（簡(jiǎn)稱為WDS）和能量色散光譜儀（簡(jiǎn)稱為EDS）。光譜儀的分辨率高于光譜儀，光譜儀的分析速度比光譜儀快。由于能譜儀速度快，成本低，普通SEM都配置了能譜儀。
在PCB的分析中，能量光譜儀主要用于焊盤(pán)表面的成分分析，``9aqs''以及焊盤(pán)和可焊性較差的引腳表面污染物的元素分析。能量光譜儀的定量分析的準(zhǔn)確性是有限的，并且含量低于0.1％通常不易檢測(cè)。能量譜和SEM的結(jié)合可以同時(shí)獲得表面形態(tài)和成分信息，這就是為什么它們被廣泛使用的原因。
8.光電子能譜（XPS）分析
當(dāng)樣品用X射線照射時(shí)，表面原子的內(nèi)殼電子將從原子核的束縛中逸出并從固體表面逸出而形成電子。可以測(cè)量電子的動(dòng)能Ex，以獲得原子的內(nèi)殼電子的鍵能Eb，這是由于元素不同而不同的，電子殼不同，這是原子的“指紋”識(shí)別參數(shù)，并且形成了光譜線是光電子能譜（XPS）。 XPS可用于樣品表面淺表面（幾個(gè)納米）元素的定性和定量分析。另外，可以基于結(jié)合能的化學(xué)位移來(lái)獲得關(guān)于元素的化學(xué)價(jià)的信息。它可以提供諸如表層和周?chē)氐脑觾r(jià)之類(lèi)的信息；由于入射光束是X射線光子束，因此可以在不損壞被分析樣品的情況下進(jìn)行絕緣樣品的分析。也可以進(jìn)行快速的多元素分析；在氬離子剝離的情況下，對(duì)多層進(jìn)行縱向元素分布分析（請(qǐng)參見(jiàn)以下情況），其靈敏度遠(yuǎn)高于能譜（EDS）。在PCB的分析中，XPS主要用于分析焊盤(pán)涂層的質(zhì)量，污染的分析以及氧化程度的分析，以確定造成可焊性差的深層原因。9.熱分析差示掃描量熱法
一種在編程的溫度控制下測(cè)量物質(zhì)與參考物質(zhì)之間功率差與溫度（或時(shí)間）輸入之間關(guān)系的方法。 DSC在樣品和參比容器的下方配備了兩組補(bǔ)償加熱絲。當(dāng)由于加熱樣品期間的熱效應(yīng)而在樣品和參考之間產(chǎn)生溫度差ΔT時(shí)，可以使用差分熱放大電路和差分熱補(bǔ)償放大器。 ，使流入補(bǔ)償加熱絲的電流發(fā)生變化。并使兩側(cè)的熱量平衡，溫度差ΔT消失，并記錄樣品下兩個(gè)電熱補(bǔ)償?shù)臒峁β手钆c參考值之間隨溫度（或時(shí)間）的關(guān)系。化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)。 DSC被廣泛使用，但是在PCB的分析中，它主要用于測(cè)量PCB上使用的各種聚合物材料的凝固度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。這兩個(gè)參數(shù)決定了后續(xù)工藝中PCB的可靠性。
10.熱機(jī)械分析儀（TMA）
熱力學(xué)分析用于在程序控制的溫度控制下，在熱或機(jī)械力的作用下測(cè)量固體，液體和凝膠的變形特性。常見(jiàn)的加載方法包括壓縮，穿透，拉伸，彎曲等。測(cè)試探針由懸臂梁和固定在其上的螺旋彈簧支撐。電機(jī)將載荷施加到樣品上。當(dāng)樣品變形時(shí)，差動(dòng)變壓器會(huì)檢測(cè)到這種變化，并利用溫度，應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行處理。可以獲得在可忽略的載荷下物質(zhì)的變形與溫度（或時(shí)間）之間的關(guān)系。根據(jù)變形和溫度（或時(shí)間）之間的關(guān)系，可以研究和分析材料的理化和熱力學(xué)性質(zhì)。 TMA被廣泛使用。在PCB的分析中，它主要用于PCB的兩個(gè)最關(guān)鍵的參數(shù)：測(cè)量其線性膨脹系數(shù)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。具有膨脹系數(shù)過(guò)大的基板的PCB通常會(huì)導(dǎo)致在組裝焊料后出現(xiàn)金屬化孔失效。
