作為各種組件的載體和電路信號傳輸?shù)臉屑~，PCB已成為電子信息產(chǎn)品最重要和至關(guān)重要的部分。? PCB的質(zhì)量和可靠性決定了整個設(shè)備的質(zhì)量和可靠性。 但是，由于成本和技術(shù)原因，在PCB的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中發(fā)生了大量故障。??

對于這種故障問題，我們需要使用一些常見的故障分析技術(shù)來確保制造過程中PCB的質(zhì)量和可靠性水平。 總結(jié)了十種主要的故障分析技術(shù)，以供參考。??

1.外觀檢查

外觀檢查是通過目視檢查或使用某些簡單的儀器（例如，體視顯微鏡，金相顯微鏡甚至放大鏡）來檢查PCB的外觀，以找到 零件故障和相關(guān)的物理證據(jù)。 主要作用是定位故障并初步確定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。 如果是批量或單個，它總是集中在某個區(qū)域等等。 此外，還有許多PCB故障只有在組裝成PCBA之后才發(fā)現(xiàn)。 失效是否是由組裝過程引起的以及過程中所用材料的影響還需要仔細(xì)檢查失效區(qū)域的特性。??

2，X射線透視檢查

對于某些無法通過外觀檢查的部分以及PCB內(nèi)部的通孔和其他內(nèi)部缺陷，我們必須使用X射線透視檢查系統(tǒng) 去檢查。? 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吸收X射線或通過不同的原理透射光。 此技術(shù)更多地用于檢查PCBA焊點內(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)到小于一微米，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)中得到實際應(yīng)用。??

3，切片分析

切片分析是通過一系列方法和步驟（例如取樣，鑲嵌，切片，拋光，腐蝕， 和觀察。 通過切片分析，您可以獲得有關(guān)PCB微觀結(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，樣品將被銷毀。 同時，該方法需要大量的樣品制備，并且樣品制備需要很長時間，這需要訓(xùn)練有素的技術(shù)人員來完成。 有關(guān)詳細(xì)的切片過程，請參閱IPC-TM-650 2.1.1和IPC-MS-810過程。

4.掃描聲顯微鏡

目前，C模式超聲掃描聲顯微鏡主要用于電子包裝或組裝分析。 它是在材料與相和極的不連續(xù)界面上使用高頻超聲反射。 成像方法基于圖像的變化，而掃描方法是沿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。 如果掃描聲的頻率寬度足夠大，則還可以直接檢測焊點的內(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)換為無鉛的過程中會出現(xiàn)大量對水分回流敏感的問題。 即，吸濕性塑料包裝裝置在更高的無鉛工藝溫度下回流時將具有內(nèi)部或基板分層龜裂現(xiàn)象，并且普通的PCB經(jīng)常在無鉛工藝的高溫下破裂。 這時，掃描聲學(xué)顯微鏡突出了其在多層高密度PCB的無損檢測中的特殊優(yōu)勢。 通常，只有通過肉眼檢查才能發(fā)現(xiàn)明顯的破裂板。??

5.微紅外分析

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。 它使用不同的材料（主要是有機(jī)物質(zhì)）吸收具有不同吸收率的紅外光譜。 原理：分析材料的化學(xué)成分，并結(jié)合顯微鏡使可見光和紅外光具有相同的光路。 只要在可見的視野內(nèi)，就可以找到痕量有機(jī)污染物進(jìn)行分析。 如果不使用顯微鏡，通常紅外光譜只能分析大量樣品。 在電子過程中的許多情況下，痕量污染會導(dǎo)致PCB焊盤或引腳的可焊性差。 可以想象，如果沒有顯微鏡的紅外光譜很難解決工藝問題。 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。 其工作原理是利用陰極發(fā)射的電子束加速通過陽極，并在磁透鏡聚焦后，形成直徑為幾十至幾千埃（A）的電子束。 在掃描線圈的偏轉(zhuǎn)下，電子束以一定的時間和空間順序在樣品表面上執(zhí)行逐點掃描運動。 這種高能電子束在樣品表面上的轟擊將激發(fā)各種信息。 在收集和放大之后，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，二次電子能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)，具有不同特性的背散射電子以不同的原子序數(shù)發(fā)射。 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。 成分分配。 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)十萬倍用于觀察和分析。

　　就PCB或焊點失效分析而言，SEM主要用于分析失效機(jī)理。 具體而言，它用于觀察焊盤表面的形態(tài)，焊點的金相結(jié)構(gòu)，并測量金屬間化學(xué)分析，可焊性涂層分析和錫晶須分析。 與光學(xué)顯微鏡不同，掃描電子顯微鏡形成電子圖像，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。 非導(dǎo)體和某些半導(dǎo)體需要噴涂金或碳。 否則，樣品表面上的電荷積累會影響樣品的觀察。 另外，SEM圖像的景深遠(yuǎn)大于光學(xué)顯微鏡的景深。 對于不均勻樣品，例如金相組織，微裂紋和錫晶須，這是一種重要的分析方法。

　　7.X射線能譜分析

　　上述掃描電子顯微鏡通常配備有X射線能譜儀。 當(dāng)高能電子束撞擊樣品表面時，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時，特征X射線被激發(fā)。 不同元素的特性具有不同水平的原子能。 X射線不同，因此可以將樣品發(fā)出的特征X射線分析為化學(xué)成分。 同時，根據(jù)檢測到的X射線信號作為特征波長或特征能量，相應(yīng)的儀器稱為光譜色散光譜儀（簡稱為WDS）和能量色散光譜儀（簡稱為EDS）。 光譜儀的分辨率高于光譜儀，光譜儀的分析速度快于光譜儀。 由于能量譜儀的速度快且成本低，普通SEM配備了能量譜儀。

　　利用電子束的不同掃描方法，光譜儀可以執(zhí)行表面點分析，線分析和表面分析，并且可以獲得有關(guān)元素不同分布的信息。 點分析可獲取點的所有元素； 線分析每次對指定的線執(zhí)行元素分析，并且多次掃描獲得所有元素的線分布； 表面分析會分析指定表面中的所有元素，并且測得的元素含量為測量范圍的平均值。

　　在PCB的分析中，能量譜儀主要用于焊盤表面的成分分析，以及可焊性較差的焊盤表面和引腳的污染的元素分析。 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。 能量譜和SEM的結(jié)合可以同時獲得有關(guān)表面形貌和組成的信息，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)樣品受到X射線照射時，表面原子的內(nèi)殼上的電子將從核中逸出并從固體中逸出 表面形成電子。 可以得到動能Ex，原子內(nèi)殼的電子的結(jié)合能Eb。 Eb隨不同元素和不同電子殼而變化。 它是原子的“指紋”識別參數(shù)。 形成的光譜線是光電子能譜（XPS）。 XPS可用于樣品表面淺表面（幾個納米）元素的定性和定量分析。 另外，可以基于結(jié)合能的化學(xué)位移來獲得關(guān)于元素的化學(xué)價的信息。 它可以提供諸如表層和周圍元素的原子價之類的信息； 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，在多個層上進(jìn)行了縱向元素分布分析（請參見以下情況），其靈敏度遠(yuǎn)高于能譜（EDS）。 在PCB的分析中，XPS主要用于分析焊盤涂層的質(zhì)量，污染的分析和氧化程度的分析，以確定造成不良可焊性的深層原因。

　　9.熱分析差示掃描量熱法

　?。阂环N在程序的溫度控制下測量物質(zhì)與參考物質(zhì)之間的功率差與溫度（或時間）輸入之間關(guān)系的方法。 DSC在樣品和參比容器下方配備了兩組補(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)生溫差ΔT時，可以使用差動熱放大電路和差動熱補(bǔ)償放大器。 ，使流入補(bǔ)償加熱絲的電流發(fā)生變化。

　　為了平衡兩側(cè)的熱量，溫度差ΔT消失，并記錄樣品下兩個電熱補(bǔ)償量與參考之間的熱功率差隨溫度（或時間）的關(guān)系。 可以研究和分析材料的物理，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，它主要用于測量PCB上使用的各種聚合物材料的固化度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 這兩個參數(shù)決定了后續(xù)工藝中PCB的可靠性。

　　10.熱力學(xué)分析儀（TMA）

　　熱力學(xué)分析（Thermal Mechanical Analysis）用于在溫度控制下測量固體，液體和凝膠對熱力或機(jī)械力的影響。 程序根據(jù)變形性能，常用的載荷方法為壓縮，穿透，拉伸，彎曲等。 測試探針由懸臂梁和固定在其上的螺旋彈簧支撐，并且通過電動機(jī)將載荷施加到樣品上。 當(dāng)樣品變形時，差動變壓器會檢測到這種變化并利用溫度，應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)對其進(jìn)行處理。 可以得出，在可忽略的載荷下物質(zhì)的變形與溫度（或時間）有關(guān)。 根據(jù)變形與溫度（或時間）之間的關(guān)系，可以研究和分析材料的物理，化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)。 TMA被廣泛使用。 在PCB分析中，它主要用于PCB的兩個最關(guān)鍵參數(shù)：測量其線性膨脹系數(shù)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 具有膨脹系數(shù)過大的基板的PCB通常會導(dǎo)致在組裝焊料后出現(xiàn)金屬化孔的故障。

　　由于PCB的高密度發(fā)展趨勢以及無鉛和無鹵素的環(huán)境要求，越來越多的PCB遇到各種故障問題，例如潤濕性差，破裂，分層和CAF。 介紹這些分析技術(shù)在實際案例中的應(yīng)用。 了解PCB的失效機(jī)理和原因，將有利于將來PCB的質(zhì)量控制，避免類似問題再次發(fā)生。