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切片分析技术在电子产品微观结构中的全应用!

2018-09-04  浏览量:138

电子产品高集成化、微型化发展,电子封装高精密度、小型化、PCBA高密度互连带来的精细导线化和微小孔径化,使得对检测方法和技术提出了更严格的要求。切片分析技术在电子产品微观检测方面应用广泛,起到重要作用!

 

通常被用作电子产品的品质判定和品质异常分析、检验电路板品质的好坏、PCBA焊接质量检测、寻找失效的原因与解决方案、评估制程改进,作为客观检查、研究与判断的根据。

 

在微观结构的分析过程中,切片分析是一项很重要的分析手段。首先,我们来了解一下什么是切片分析,它的形式、检测步骤及用途等。

 

切片分析

 

金相切片技术是用特制液态热固性树脂将样品镶嵌包裹固封,并对镶嵌的样品研磨抛光,然后在金相显微镜下观察检测样品剖面的一种失效分析技术。

 

形式分类

 

切片按研磨方向分为垂直切片和水平切片两种。

 

1. 垂直切片即沿垂直于板面的方向切开,观察剖面状况。垂直切片是切片分析中最常用的方式。

 

2. 水平切片是顺着板子的叠合方向一层层向下研磨,用来观察每一层面的状况,通常用来辅助垂直切片进行品质异常的分析判定。

 

在开始实验前,我们需要通过初步判断选择进行哪种类型的切片方法才可以更加快捷准确地发现问题。

 

检测步骤

取样→清洗→真空镶嵌→研磨→抛光→微蚀(如有必要)→观察

 

使用仪器

精密切割机,镶样系统,真空箱,研磨及抛光机,金相显微镜,电子显微镜等。

 

依据标准

IPC-TM 650 2.1.1, IPC-TM 650-2.2.5 , IPC A 600, IPC A 610等。

 

主要用途

1、切片后的样品常用体视显微镜或者金相显微镜观察;

 

2、切片后的样品可以用SEM/EDS扫描电镜与能谱观察形貌与分析成分;

 

3、做完无损检测如x-ray,C-SAM的样品所发现的疑似异常开裂、异物嵌入等情况,可以用切片的方法来观察验证;

 

4、切片后的样品可以与FIB联用,做更细微的显微切口观察。

 

切片分析在PCB和SMT行业的应用十分广泛,它能够有效监控产品的内在品质,找出问题的原因,协助问题的解决。适用于PCB板品质检测和制程改善,电子元器件结构剖析,PCBA焊接可靠性评定,焊点上锡形态及缺陷检测等。

 

那么,切片分析技术到底在电子产品的微观缺陷的检测及微观结构的观察方面是如何应用的呢?接下来,我们详细解答并附上典型案例图示!

 

一、电子产品的微观表面或内部结构缺陷观察

电子元器件、pcb结构缺陷观察。利用切片方法可对体积较小的样品放大观察,以检测电子元器件关键位置中的孔洞、针孔、吹孔、裂纹等缺陷;检测PCB的分层,孔铜断裂等缺陷。

 

典型案例图示

 

(贴片电容开裂失效)

 

(PHT内层铜分离)

 

(PCB内层结构开裂)

 

二、PCB/PCBA焊接检测

 

a. BGA空焊,虚焊,孔洞,桥接,上锡面积等;

 

(BGA锡球假焊/虚焊)

 

b. 检查PCB内部导线厚度、层数、通孔孔径大小、通孔质量观察,用于检查PCBA焊点内部空洞,界面结合状况,润湿质量评价等。如:电容与PCB铜箔层数解析,LED结构剖析,电镀工艺分析,材料内部结构缺陷等;

 

(LED灯中绑定线未连接)

 

(PCBA焊点润湿良好,孔洞明显)

 

(摄像头基板焊点孔洞观察)

 

(主板焊接界面结合状况)

 

c.微小尺寸量测(一般大于1μm):气孔大小,上锡高度,铜箔厚度等。

 

(PCB铜层厚度) (焊点孔洞尺寸)

 

三、是电子产品失效分析中的重要一环

 

1.观察分析单个样品的品质,发现产品问题,从而进行相应的改善。 

 

2.不同批次、同一批次不同型号产品出现失效,通过切片分析,了解产品失效机理,从而找出其失效原因,并找到相应的解决方案,以提升良率并降低损失。


典型案例

 

某PCBA在组装完成后,存在LED器件脱落,掉件不良现象。

 

为找到失效的根本原因,我们对客户提供的失效样品和OK样品进行了对比分析,通过外观检查、表面分析、切片分析、模拟验证、AES分析等测试项目进行详细剖析。

 

其中切片分析是将NG样品和OK样品分别制作切片,了解焊点界面状态,而后利用SEM+EDS对两个样品进行观察分析,得出结论:


NG样品出现失效焊点开裂的直接原因是焊料与镍层之间未能形成良好的IMC层,从而使得焊点界面在受应力作用下容易发生开裂。

 

(NG样品的切片分析)

 

(OK样品的切片分析)

 

综上所述,我们可以知道,利用金相切片分析直观精确地检测出产品的失效模式,及时发现内部潜在缺陷,防止问题扩大化和资源的浪费。利用金相切片分析对生产过程进行监控,不仅只是用于回流后焊点检测,还可以对来料进行监控,及时发现来料规格是否符合标准,以预防生产中不良产品产生。

 

简介

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