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pcb板設計之十大失效分析技術(二)

Release Time:2019-12-14 Edit the author:金致卓 Reading:3479

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之一。 其工作原理是利用陰極發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。 在掃描線圈的偏轉下,電子束以一定的時間和空間順序在樣品表面上執行逐點掃描運動。 這種高能電子束在樣品表面上的轟擊將激發各種信息。 在收集和放大之后,可以從顯示屏獲得各種相應的圖形。 激發的二次電子在樣品表面上產生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。 激發后的散射電子在樣品表面產生。 在100?1000nm范圍內,具有不同特性的背散射電子以不同的原子序數發射。 因此,背向散射電子圖像具有形態特征和辨別原子序數的能力。 因此,反向散射電子圖像可以反映化學元素。 成分分配。 當前的掃描電子顯微鏡非常強大,任何精細的結構或表面特征都可以放大到數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理。 具體而言,它用于觀察焊盤表面的形態,焊點的金相結構,并測量金屬間化學分析,可焊性涂層分析和錫晶須分析。 與光學顯微鏡不同,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電。 非導體和某些半導體需要噴涂金或碳。 否則,樣品表面上的電荷積累會影響樣品的觀察。 另外,SEM圖像的景深遠大于光學顯微鏡的景深。 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。 當高能電子束撞擊樣品表面時,表面材料原子中的內部電子被轟擊并逸出。 當外部電子躍遷到低能級時,特征X射線被激發。 不同元素的特性具有不同水平的原子能。  X射線不同,因此可以將樣品發出的特征X射線分析為化學成分。 同時,根據檢測到的X射線信號作為特征波長或特征能量,相應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,光譜儀可以執行表面點分析,線分析和表面分析,并且可以獲得有關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的結合可以同時獲得有關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

當樣品受到X射線照射時,表面原子的內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,原子內殼的電子的結合能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。 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,可以基于結合能的化學位移來獲得關于元素的化學價的信息。 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行絕緣樣品的分析。 也可以進行快速的多元素分析; 在氬離子剝離的情況下,在多個層上進行了縱向元素分布分析(請參見以下情況),其靈敏度遠高于能譜(EDS)。 在PCB的分析中,XPS主要用于分析焊盤涂層的質量,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

:一種在程序的溫度控制下測量物質與參考物質之間的功率差與溫度(或時間)輸入之間關系的方法。  DSC在樣品和參比容器下方配備了兩組補償加熱絲。 當由于加熱樣品期間的熱效應而在樣品和參考之間產生溫差ΔT時,可以使用差動熱放大電路和差動熱補償放大器。  ,使流入補償加熱絲的電流發生變化。  

為了平衡兩側的熱量,溫度差ΔT消失,并記錄樣品下兩個電熱補償量與參考之間的熱功率差隨溫度(或時間)的關系。 可以研究和分析材料的物理,化學和熱力學性質。  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變溫度。 這兩個參數決定了后續工藝中PCB的可靠性。  

 10.熱力學分析儀(TMA)

熱力學分析(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械力的影響。 程序根據變形性能,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,并且通過電動機將載荷施加到樣品上。 當樣品變形時,差動變壓器會檢測到這種變化并利用溫度,應力和應變數據對其進行處理。 可以得出,在可忽略的載荷下物質的變形與溫度(或時間)有關。 根據變形與溫度(或時間)之間的關系,可以研究和分析材料的物理,化學和熱力學性質。  TMA被廣泛使用。 在PCB分析中,它主要用于PCB的兩個最關鍵參數:測量其線性膨脹系數和玻璃化轉變溫度。 具有膨脹系數過大的基板的PCB通常會導致在組裝焊料后出現金屬化孔的故障。  

由于PCB的高密度發展趨勢以及無鉛和無鹵素的環境要求,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。 介紹這些分析技術在實際案例中的應用。 了解PCB的失效機理和原因,將有利于將來PCB的質量控制,避免類似問題再次發生。

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