在現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)中，PCB（印刷電路板）作為元器件的載體和電路信號(hào)傳輸?shù)臉屑~，其質(zhì)量與可靠性水平直接決定了整機(jī)設(shè)備的性能表現(xiàn)。然而，由于成本控制和技術(shù)限制，PCB在生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中常常出現(xiàn)各種失效問(wèn)題。為了確保PCB的質(zhì)量和可靠性，失效分析技術(shù)顯得尤為重要。

外觀檢查

外觀檢查是失效分析的第一步，通過(guò)目測(cè)或借助簡(jiǎn)單儀器（如立體顯微鏡、金相顯微鏡或放大鏡）對(duì)PCB進(jìn)行觀察，尋找失效部位及相關(guān)物證。其主要作用是失效定位和初步判斷失效模式。外觀檢查重點(diǎn)關(guān)注PCB的污染、腐蝕、爆板位置、電路布線以及失效的規(guī)律性，例如失效是否為批次性或集中于某個(gè)區(qū)域。此外，對(duì)于在組裝成PCBA后才發(fā)現(xiàn)的失效問(wèn)題，還需仔細(xì)檢查失效區(qū)域的特征，以判斷是否由組裝工藝或所用材料導(dǎo)致。

X射線透視檢查

對(duì)于一些無(wú)法通過(guò)外觀檢查發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部缺陷，如PCB的通孔內(nèi)部缺陷或高密度封裝器件的焊點(diǎn)缺陷，X射線透視系統(tǒng)是不可或缺的工具。該技術(shù)利用不同材料厚度或密度對(duì)X光的吸收和透過(guò)率差異進(jìn)行成像，能夠精準(zhǔn)定位焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷、通孔內(nèi)部缺陷以及BGA或CSP器件的缺陷焊點(diǎn)。

切片分析

切片分析是一種通過(guò)取樣、鑲嵌、切片、拋磨、腐蝕和觀察等一系列復(fù)雜步驟獲取PCB橫截面結(jié)構(gòu)的技術(shù)。它能夠提供關(guān)于PCB微觀結(jié)構(gòu)（如通孔、鍍層等）的豐富信息，為質(zhì)量改進(jìn)提供重要依據(jù)。然而，該方法具有破壞性，一旦進(jìn)行切片，樣品將無(wú)法恢復(fù)。同時(shí)，切片制樣要求高、耗時(shí)長(zhǎng)，需要專業(yè)的技術(shù)人員操作。

掃描聲學(xué)顯微鏡

掃描聲學(xué)顯微鏡（SAM）是目前電子封裝和組裝分析中常用的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

它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、位相和極性變化進(jìn)行成像，掃描方式為沿Z軸掃描X-Y平面的信息。

顯微紅外分析

顯微紅外分析將紅外光譜與顯微鏡相結(jié)合，利用不同材料（尤其是有機(jī)物）對(duì)紅外光譜的不同吸收特性來(lái)分析材料的化合物成分。

通過(guò)顯微鏡，可見(jiàn)光與紅外光同光路，可在可見(jiàn)視場(chǎng)下尋找微量有機(jī)污染物。在電子工藝中，微量污染可能導(dǎo)致PCB焊盤(pán)或引線腳的可焊性不良，而顯微紅外分析能夠有效解決這一問(wèn)題。其主要用途是分析被焊面或焊點(diǎn)表面的有機(jī)污染物，以及腐蝕或可焊性不良的原因。

掃描電子顯微鏡分析

掃描電子顯微鏡（SEM）是一種大型電子顯微成像系統(tǒng)，在PCB失效分析中具有重要作用。它主要用于失效機(jī)理的分析，如觀察焊盤(pán)表面形貌結(jié)構(gòu)、焊點(diǎn)金相組織、測(cè)量金屬間化合物、可焊性鍍層分析以及錫須分析測(cè)量等。

與光學(xué)顯微鏡相比，掃描電鏡成像為電子像，只有黑白兩色，且對(duì)非導(dǎo)體和部分半導(dǎo)體樣品需要進(jìn)行噴金或碳處理。掃描電鏡的景深遠(yuǎn)大于光學(xué)顯微鏡，適用于金相結(jié)構(gòu)、顯微斷口以及錫須等不平整樣品的分析。

X射線能譜分析

不同的電子束掃描方式，能譜儀可以進(jìn)行表面的點(diǎn)分析、線分析和面分析，獲取元素分布信息。通過(guò)精確的元素分布信息，金鑒實(shí)驗(yàn)室能夠幫助客戶識(shí)別可焊性不良的根本原因。

光電子能譜（XPS）

光電子能譜（XPS）是一種基于X射線照射樣品表面，使原子內(nèi)殼層電子逸出形成光電子的原理進(jìn)行分析的技術(shù)。通過(guò)測(cè)量光電子的動(dòng)能，可得到原子內(nèi)殼層電子的結(jié)合能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面元素的定性和定量分析。

熱分析

熱分析技術(shù)在PCB分析中主要包括差示掃描量熱法（DSC）和熱機(jī)械分析儀（TMA）。

DSC通過(guò)測(cè)量輸入到物質(zhì)與參比物質(zhì)之間的功率差與溫度（或時(shí)間）的關(guān)系，研究材料的物理化學(xué)及熱力學(xué)性能。在PCB分析中，DSC主要用于測(cè)量高分子材料的固化程度和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，這兩個(gè)參數(shù)直接影響PCB在后續(xù)工藝過(guò)程中的可靠性。

TMA則用于測(cè)量固體、液體和凝膠在熱或機(jī)械力作用下的形變性能，通過(guò)測(cè)量PCB的線性膨脹系數(shù)和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，可分析材料的物理化學(xué)及熱力學(xué)性能。膨脹系數(shù)過(guò)大的基材PCB在焊接組裝后容易導(dǎo)致金屬化孔斷裂失效。

總結(jié)

隨著PCB向高密度、無(wú)鉛和無(wú)鹵方向發(fā)展，潤(rùn)濕不良、爆板、分層、CAF等失效問(wèn)題愈發(fā)常見(jiàn)。通過(guò)這些技術(shù)的應(yīng)用，我們能夠更好地控制PCB的質(zhì)量，避免類似問(wèn)題的再次發(fā)生，從而提高電子信息產(chǎn)品的整體可靠性和性能表現(xiàn)。