¿Por qué no funcionan los componentes optoelectrónicos en la PCB?

Como portadora de varios componentes y centro de transmisión de señales de circuitos, la PCB se ha convertido en la parte más importante y crítica de los productos de información electrónica. La calidad y la fiabilidad de los PCB determinan la calidad y la fiabilidad de todo el equipo.

 

Con la miniaturización de los productos de información electrónica y los requisitos de protección del medio ambiente sin plomo ni halógenos, los PCB también se han desarrollado en la dirección de alta densidad y alta Tg y protección del medio ambiente. Sin embargo, debido a costos y razones técnicas, se han producido una gran cantidad de fallas en el proceso de producción y aplicación de PCB, lo que ha causado muchas disputas de calidad. Para comprender la causa de la falla para encontrar una solución al problema y aclarar las responsabilidades, se debe realizar un análisis de falla en los casos de falla que ocurran.

 

Procedimiento básico para el análisis de fallas

 

Para obtener la causa o el mecanismo exactos de la falla o falla de la PCB, se deben seguir los principios básicos y los procedimientos de análisis, de lo contrario, se puede perder información valiosa de la falla, lo que hace que el análisis no continúe o puede llevar a conclusiones erróneas. El proceso básico general es que, en primer lugar, en función del fenómeno de falla, la ubicación de falla y el modo de falla deben determinarse mediante la recopilación de información, pruebas funcionales, pruebas de rendimiento eléctrico e inspección visual simple, es decir, ubicación de falla o ubicación de falla .

 

Para una simple PCB o PCBA, la ubicación de la falla es fácil de determinar. Sin embargo, para dispositivos o sustratos empaquetados BGA o MCM más complicados, los defectos no son fáciles de observar con un microscopio, y no es fácil de determinar por un tiempo. En este momento, se necesitan otros medios para determinar.

 

El siguiente paso es analizar el mecanismo de falla, es decir, usar varios métodos físicos y químicos para analizar el mecanismo que causa la falla de la PCB o la generación de defectos, como soldadura, contaminación, daños mecánicos, estrés húmedo, corrosión dieléctrica, daño por fatiga, CAF o migración de iones, sobrecarga de estrés, etc.

 

Luego está el análisis de causa de falla, que se basa en el mecanismo de falla y el análisis de proceso para encontrar la causa del mecanismo de falla. Si es necesario, realice la verificación de prueba. En general, la verificación de la prueba debe realizarse siempre que sea posible. A través de la verificación de prueba, se puede encontrar la causa exacta de la falla inducida.

 

Esto proporciona una base específica para la próxima mejora. Finalmente, es compilar un informe de análisis de fallas basado en los datos de la prueba, los hechos y las conclusiones obtenidas durante el proceso de análisis. Se requiere que los hechos informados sean claros, el razonamiento lógico es estricto y el método es fuerte. Nunca imagines en vano.

 

En el proceso de análisis, preste atención a los principios básicos del uso de métodos analíticos desde simples a complejos, de afuera hacia adentro, desde no destruir muestras hasta usar daños. Solo de esta manera puede evitar perder información crítica y evitar la introducción de nuevos mecanismos de falla artificial.

 

Es como un accidente de tráfico. Si un lado del accidente destruye o huye de la escena, es difícil para la policía inteligente tomar una determinación precisa de responsabilidad. En este momento, las regulaciones de tránsito generalmente requieren que el fugitivo o el lado de la escena asuman la responsabilidad total.

 

El análisis de fallas de PCB o PCBA también es el mismo. Si usa un soldador eléctrico para reparar las uniones de soldadura fallidas o utiliza unas tijeras grandes para cortar la PCB con fuerza, entonces el análisis ya no puede iniciarse y el sitio de falla ha sido destruido. Especialmente en el caso de un pequeño número de muestras de falla, una vez que el entorno del sitio de falla se destruye o daña, no se puede obtener la verdadera causa de la falla.

 

Tecnología de análisis de fallas

 

Microscopio optico

 

El microscopio óptico se utiliza principalmente para la inspección de la apariencia de la PCB, buscando la ubicación de la falla y la evidencia física relacionada, y juzgando preliminarmente el modo de falla de la PCB. La inspección de apariencia verifica principalmente la contaminación, la corrosión, la ubicación de la placa de explosión, el cableado del circuito y la regularidad de la falla del PCB. Si es por lotes o individual, ¿está siempre concentrado en un área determinada y así sucesivamente?

 

Los rayos X (rayos X) tienen que usar el sistema de fluoroscopia de rayos X para inspeccionar algunas partes que no pueden ser inspeccionadas por la apariencia y el interior de la PCB a través de agujeros y otros defectos internos.

 

Los sistemas de fluoroscopia de rayos X utilizan diferentes grosores de material o diferentes densidades de material para absorber los rayos X o transmitir luz a través de diferentes principios. Esta técnica se usa más para inspeccionar los defectos dentro de las uniones de soldadura PCBA, los defectos dentro de los agujeros pasantes y el posicionamiento de las uniones de soldadura defectuosas de los dispositivos BGA o CSP empacados de alta densidad.

 

Análisis de corte El análisis de corte es el proceso de obtener la estructura de la sección transversal de la PCB a través de una serie de métodos y pasos como muestreo, incrustación, corte, pulido, corrosión y observación. A través del análisis de corte, puede obtener información rica sobre la microestructura de la PCB (agujeros pasantes, enchapado, etc.), que proporciona una buena base para la próxima mejora de la calidad. Pero este método es destructivo, y una vez que se realiza la sección, la muestra debe ser destruida.

 

El microscopio acústico de escaneo se usa actualmente en el empaquetado electrónico o el análisis de ensamblaje principalmente en el microscopio acústico de escaneo ultrasónico en modo C, que utiliza la reflexión ultrasónica de alta frecuencia en la interfaz discontinua del material para generar amplitud y cambios de fase y polaridad en la imagen, su método de escaneo Es información que escanea el plano XY a lo largo del eje Z.

 

Por lo tanto, los microscopios acústicos de escaneo se pueden usar para detectar varios defectos en componentes, materiales y PCB y PCBA, incluidas grietas, delaminación, inclusiones y huecos. Si el ancho de frecuencia de la acústica de escaneo es suficiente, los defectos internos de las juntas de soldadura también se pueden detectar directamente.

 

La imagen acústica de escaneo típica es el color rojo de advertencia para indicar la existencia de defectos. Debido a que se utiliza una gran cantidad de componentes encapsulados en plástico en el proceso SMT, durante el proceso de conversión de plomo a plomo sin plomo se producen una gran cantidad de problemas sensibles al reflujo de humedad. Es decir, el dispositivo de embalaje de plástico higroscópico tendrá un fenómeno de agrietamiento por delaminación interna o del sustrato cuando se refluya a una temperatura de proceso sin plomo más alta, y el PCB común a menudo explotará a la temperatura alta del proceso sin plomo.

 

En este momento, el microscopio acústico de exploración destaca sus ventajas especiales en las pruebas no destructivas de PCB multicapa de alta densidad. En general, el tablero de ruptura obvio solo se puede detectar mediante inspección visual.

 

Análisis por micro infrarrojo El análisis por micro infrarrojo es un método de análisis que combina el espectro infrarrojo con un microscopio. Utiliza el principio de absorción diferente del espectro infrarrojo por diferentes materiales (principalmente sustancias orgánicas), analiza la composición de los materiales y combina el microscopio para hacer luz visible. Con el mismo camino óptico que la luz infrarroja, siempre que esté en el campo de visión visible, puede encontrar trazas de contaminantes orgánicos para analizar.

 

Sin la combinación de un microscopio, generalmente el espectro infrarrojo solo puede analizar muestras con una gran cantidad de muestras. Y en muchos casos en el proceso electrónico, la contaminación por trazas puede causar una baja capacidad de soldadura de las almohadillas de PCB o pines de plomo. Es concebible que sea difícil resolver el problema del proceso sin el espectro infrarrojo del microscopio. El objetivo principal del análisis por micro infrarrojo es analizar los contaminantes orgánicos en la superficie soldada o la superficie de la junta, y analizar la causa de la corrosión o la poca capacidad de soldadura.

 

La microscopía electrónica de barrido (SEM) La microscopía electrónica de barrido (SEM) es uno de los sistemas de imágenes de microscopía electrónica a gran escala más útiles para el análisis de fallas. Se usa más comúnmente para la observación morfológica. La microscopía electrónica de barrido actual ya es muy poderosa, y cualquier estructura fina o características de superficie se pueden ampliar a cientos de miles de veces para observación y análisis.

 

En términos de análisis de fallas de juntas de PCB o soldadura, SEM se utiliza principalmente para analizar el mecanismo de falla. Específicamente, se utiliza para observar la morfología y la estructura de la superficie de la almohadilla, la estructura metalográfica de las juntas de soldadura, la medición de intermetálicos y el recubrimiento soldable. Análisis y medición de bigotes de estaño.

 

A diferencia del microscopio óptico, el microscopio electrónico de barrido forma una imagen electrónica, por lo que solo hay colores blanco y negro, y la muestra del microscopio electrónico de barrido debe ser conductiva. Los no conductores y algunos semiconductores deben rociarse con oro o carbono. De lo contrario, la acumulación de carga en la superficie de la muestra afectará la Observación de la muestra. Además, la profundidad de campo de las imágenes SEM es mucho mayor que la de los microscopios ópticos. Es un método de análisis importante para muestras irregulares como la estructura metalográfica, microfracturas y bigotes de estaño.

 

Análisis térmico

 

Calorímetro diferencial de barrido (DSC)

 

La calorimetría de exploración diferencial (calorimetría de exploración diferencial) es un método para medir la relación entre la diferencia de potencia y la entrada de temperatura (o tiempo) entre una sustancia y una sustancia de referencia bajo un control de temperatura programado. Es un método analítico para estudiar la relación entre calor y temperatura. Sobre la base de esta relación, se pueden estudiar y analizar las propiedades físicas y químicas y termodinámicas de los materiales.

 

El DSC se usa ampliamente, pero en el análisis de PCB, se usa principalmente para medir el grado de curado y la temperatura de transición vítrea de varios materiales poliméricos utilizados en el PCB. Estos dos parámetros determinan la confiabilidad de la PCB en el proceso posterior.

 

La tecnología de Análisis Térmico Mecánico (TMA) se utiliza para medir las propiedades de deformación de sólidos, líquidos y geles bajo la influencia del calor o la fuerza mecánica bajo el control de temperatura del programa. Es un método para estudiar la relación entre las propiedades térmicas y mecánicas. Según la relación entre deformación y temperatura (o tiempo), se pueden estudiar y analizar las propiedades físicas y químicas y termodinámicas de los materiales.

 

TMA es ampliamente utilizado. En el análisis de PCB, se utiliza principalmente para los dos parámetros más críticos de la PCB: medir su coeficiente de expansión lineal y la temperatura de transición vítrea. Los PCB con sustratos con coeficientes de expansión excesivos a menudo conducen a la falla de los agujeros metalizados después del ensamblaje de la soldadura.

 

El análisis de termogravimetría (TGA) es un método para medir la relación entre la masa de una sustancia y su temperatura (o tiempo) bajo un control de temperatura programado. TGA monitorea los cambios sutiles de masa de una sustancia durante un proceso de cambio de temperatura controlado por programa utilizando una balanza electrónica de precisión.

 

De acuerdo con la relación entre la masa de material y la temperatura (o tiempo), se pueden estudiar y analizar las propiedades físicas, químicas y termodinámicas de los materiales. En términos de análisis de PCB, se utiliza principalmente para medir la estabilidad térmica o la temperatura de descomposición térmica de los materiales de PCB. Si la temperatura de descomposición térmica del sustrato es demasiado baja, se producirá una explosión de la placa o una falla de delaminación cuando la PCB se someta a altas temperaturas durante el proceso de soldadura.