現(xiàn)在很多PCB板子上都會有光電元器件,，那么你知道他們失效的一些原因嗎?PCB作為各種元器件的載體與電路信號傳輸?shù)臉屑~已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)品的最為重要而關(guān)鍵的部分,，其質(zhì)量的好壞與可靠性水平?jīng)Q定了整機(jī)設(shè)備的質(zhì)量與可靠性。
隨著電子信息產(chǎn)品的小型化以及無鉛無鹵化的環(huán)保要求,，PCB也向高密度高Tg以及環(huán)保的方向發(fā)展,。但是由于成本以及技術(shù)的原因,，PCB在生產(chǎn)和應(yīng)用過程中出現(xiàn)了大量的失效問題,，并因此引發(fā)了許多的質(zhì)量糾紛,。為了弄清楚失效的原因以便找到解決問題的辦法和分清責(zé)任，必須對所發(fā)生的失效案例進(jìn)行失效分析,。
1,、失效分析的基本程序
要獲得PCB失效或不良的準(zhǔn)確原因或者機(jī)理，必須遵守基本的原則及分析流程,，否則可能會漏掉寶貴的失效信息,，造成分析不能繼續(xù)或可能得到錯誤的結(jié)論,。一般的基本流程是,，首先必須基于失效現(xiàn)象，通過信息收集,、功能測試,、電性能測試以及簡單的外觀檢查，確定失效部位與失效模式,，即失效定位或故障定位,。
對于簡單的PCB或PCBA，失效的部位很容易確定,，但是,，對于較為復(fù)雜的BGA或MCM封裝的器件或基板，缺陷不易通過顯微鏡觀察,，一時不易確定,，這個時候就需要借助其它手段來確定。接著就要進(jìn)行失效機(jī)理的分析,，即使用各種物理,、化學(xué)手段分析導(dǎo)致PCB失效或缺陷產(chǎn)生的機(jī)理，如虛焊,、污染,、機(jī)械損傷、潮濕應(yīng)力,、介質(zhì)腐蝕,、疲勞損傷、CAF或離子遷移,、應(yīng)力過載等等,。
再就是失效原因分析,，即基于失效機(jī)理與制程過程分析，尋找導(dǎo)致失效機(jī)理發(fā)生的原因,，必要時進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,，一般盡應(yīng)該可能的進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，通過試驗(yàn)驗(yàn)證可以找到準(zhǔn)確的誘導(dǎo)失效的原因,。這就為下一步的改進(jìn)提供了有的放矢的依據(jù),。最后，就是根據(jù)分析過程所獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù),、事實(shí)與結(jié)論,，編制失效分析報告，要求報告的事實(shí)清楚,、邏輯推理嚴(yán)密,、條理性強(qiáng)，切忌憑空想象,。
分析的過程中,，注意使用分析方法應(yīng)該從簡單到復(fù)雜、從外到里,、從不破壞樣品再到使用破壞的基本原則,。只有這樣，才可以避免丟失關(guān)鍵信息,、避免引入新的人為的失效機(jī)理,。就好比交通事故，如果事故的一方破壞或逃離了現(xiàn)場,，在高明的警察也很難作出準(zhǔn)確責(zé)任認(rèn)定,，這時的交通法規(guī)一般就要求逃離現(xiàn)場者或破壞現(xiàn)場的一方承擔(dān)全部責(zé)任。
PCB或PCBA的失效分析也一樣,，如果使用電烙鐵對失效的焊點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊處理或大剪刀進(jìn)行強(qiáng)力剪裁PCB,，那么再分析就無從下手了，失效的現(xiàn)場已經(jīng)破壞了,。特別是在失效樣品少的情況下,，一旦破壞或損傷了失效現(xiàn)場的環(huán)境，真正的失效原因就無法獲得了,。
2,、失效分析技術(shù)
光學(xué)顯微鏡
光學(xué)顯微鏡主要用于PCB的外觀檢查，尋找失效的部位和相關(guān)的物證,，初步判斷PCB的失效模式,。外觀檢查主要檢查PCB的污染、腐蝕、爆板的位置,、電路布線以及失效的規(guī)律性,、如是批次的或是個別，是不是總是集中在某個區(qū)域等等,。
X射線 (X-ray)
對于某些不能通過外觀檢查到的部位以及PCB的通孔內(nèi)部和其他內(nèi)部缺陷,，只好使用X射線透視系統(tǒng)來檢查。X光透視系統(tǒng)就是利用不同材料厚度或是不同材料密度對X光的吸濕或透過率的不同原理來成像,。該技術(shù)更多地用來檢查PCBA焊點(diǎn)內(nèi)部的缺陷,、通孔內(nèi)部缺陷和高密度封裝的BGA或CSP器件的缺陷焊點(diǎn)的定位。
切片分析
切片分析就是通過取樣,、鑲嵌,、切片、拋磨,、腐蝕,、觀察等一系列手段和步驟獲得PCB橫截面結(jié)構(gòu)的過程。通過切片分析可以得到反映PCB(通孔,、鍍層等)質(zhì)量的微觀結(jié)構(gòu)的豐富信息,，為下一步的質(zhì)量改進(jìn)提供很好的依據(jù)。但是該方法是破壞性的,，一旦進(jìn)行了切片,，樣品就必然遭到破壞,。
掃描聲學(xué)顯微鏡
目前用于電子封裝或組裝分析的主要是C模式的超聲掃描聲學(xué)顯微鏡,，它是利用高頻超聲波在材料不連續(xù)界面上反射產(chǎn)生的振幅及位相與極性變化來成像，其掃描方式是沿著Z軸掃描X-Y平面的信息,。因此,，掃描聲學(xué)顯微鏡可以用來檢測元器件、材料以及PCB與PCBA內(nèi)部的各種缺陷,，包括裂紋,、分層、夾雜物以及空洞等,。如果掃描聲學(xué)的頻率寬度足夠的話,，還可以直接檢測到焊點(diǎn)的內(nèi)部缺陷。
典型的掃描聲學(xué)的圖像是以紅色的警示色表示缺陷的存在,，由于大量塑料封裝的元器件使用在SMT工藝中,，由有鉛轉(zhuǎn)換成無鉛工藝的過程中，大量的潮濕回流敏感問題產(chǎn)生,，即吸濕的塑封器件會在更高的無鉛工藝溫度下回流時出現(xiàn)內(nèi)部或基板分層開裂現(xiàn)象,，在無鉛工藝的高溫下普通的PCB也會常常出現(xiàn)爆板現(xiàn)象。
此時，掃描聲學(xué)顯微鏡就凸現(xiàn)其在多層高密度PCB無損探傷方面的特別優(yōu)勢,。而一般的明顯的爆板則只需通過目測外觀就能檢測出來,。
顯微紅外分析
顯微紅外分析就是將紅外光譜與顯微鏡結(jié)合在一起的分析方法，它利用不同材料(主要是有機(jī)物)對紅外光譜不同吸收的原理,，分析材料的化合物成分,，再結(jié)合顯微鏡可使可見光與紅外光同光路，只要在可見的視場下,，就可以尋找要分析微量的有機(jī)污染物,。
如果沒有顯微鏡的結(jié)合，通常紅外光譜只能分析樣品量較多的樣品,。而電子工藝中很多情況是微量污染就可以導(dǎo)致PCB焊盤或引線腳的可焊性不良,，可以想象，沒有顯微鏡配套的紅外光譜是很難解決工藝問題的,。顯微紅外分析的主要用途就是分析被焊面或焊點(diǎn)表面的有機(jī)污染物,，分析腐蝕或可焊性不良的原因。
掃描電子顯微鏡分析(SEM)
掃描電子顯微鏡(SEM)是進(jìn)行失效分析的一種最有用的大型電子顯微成像系統(tǒng),，最常用作形貌觀察,，現(xiàn)時的掃描電子顯微鏡的功能已經(jīng)很強(qiáng)大，任何精細(xì)結(jié)構(gòu)或表面特征均可放大到幾十萬倍進(jìn)行觀察與分析,。在PCB或焊點(diǎn)的失效分析方面,，SEM主要用來作失效機(jī)理的分析，具體說來就是用來觀察焊盤表面的形貌結(jié)構(gòu),、焊點(diǎn)金相組織,、測量金屬間化物、可焊性鍍層分析以及做錫須分析測量等,。
與光學(xué)顯微鏡不同,，掃描電鏡所成的是電子像，因此只有黑白兩色,，并且掃描電鏡的試樣要求導(dǎo)電,，對非導(dǎo)體和部分半導(dǎo)體需要噴金或碳處理，否則電荷聚集在樣品表面就影響樣品的觀察,。此外,，掃描電鏡圖像景深遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光學(xué)顯微鏡，是針對金相結(jié)構(gòu),、顯微斷口以及錫須等不平整樣品的重要分析方法,。
3、熱分析
差示掃描量熱儀(DSC)
差示掃描量熱法(Differential Scanning Calorim- etry)是在程序控溫下,，測量輸入到物質(zhì)與參比物質(zhì)之間的功率差與溫度(或時間)關(guān)系的一種方法,。是研究熱量隨溫度變化關(guān)系的分析方法，根據(jù)這種變化關(guān)系，可研究分析材料的物理化學(xué)及熱力學(xué)性能,。
DSC的應(yīng)用廣泛,，但在PCB的分析方面主要用于測量PCB上所用的各種高分子材料的固化程度、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度,，這兩個參數(shù)決定著PCB在后續(xù)工藝過程中的可靠性,。
熱機(jī)械分析儀(TMA)
熱機(jī)械分析技術(shù)(Thermal Mechanical Analysis)用于程序控溫下，測量固體,、液體和凝膠在熱或機(jī)械力作用下的形變性能,。是研究熱與機(jī)械性能關(guān)系的方法，根據(jù)形變與溫度(或時間)的關(guān)系,，可研究分析材料的物理化學(xué)及熱力學(xué)性能,。TMA的應(yīng)用廣泛，在PCB的分析方面主要用于PCB最關(guān)鍵的兩個參數(shù)：測量其線性膨脹系數(shù)和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度,。膨脹系數(shù)過大的基材的PCB在焊接組裝后常常會導(dǎo)致金屬化孔的斷裂失效,。
熱重分析儀 (TGA)
熱重法(Thermogravimetry Analysis)是在程序控溫下，測量物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度(或時間)的變化關(guān)系的一種方法,。TGA通過精密的電子天平可監(jiān)測物質(zhì)在程控變溫過程中發(fā)生的細(xì)微的質(zhì)量變化,。
根據(jù)物質(zhì)質(zhì)量隨溫度(或時間)的變化關(guān)系，可研究分析材料的物理化學(xué)及熱力學(xué)性能,。在PCB的分析方面,，主要用于測量PCB材料的熱穩(wěn)定性或熱分解溫度，如果基材的熱分解溫度太低,，PCB在經(jīng)過焊接過程的高溫時將會發(fā)生爆板或分層失效現(xiàn)象,。以上就是PCB板子上的光電元器件失效的可能原因，希望能給大家參考,。