電子組裝工藝失效分析技術(shù)總結(jié)

1、電子組裝工藝失效分析技術(shù)總結(jié)失效分析是電子組裝工藝可靠性工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，開(kāi)展電子工藝失效分析工作必須具備一定的測(cè)試與分析設(shè)備。失效分析包括失效情況的調(diào)查分析、失效模式的鑒別、失效特征的描述、假設(shè)和確定失效模式，以及提出糾正措施和預(yù)防新失效的發(fā)生等。電子組裝工藝的失效分析是對(duì)根據(jù)性能失效判定為失效的焊點(diǎn)、過(guò)孔、走線等于組裝工藝有關(guān)的失效現(xiàn)象進(jìn)行事后檢查和分析工作，目的是發(fā)現(xiàn)并確定組裝工藝有關(guān)的失效原因和機(jī)理，要反饋給設(shè)計(jì)、制造和使用方，防止失效的再次發(fā)生，達(dá)到提高電子產(chǎn)品工藝可靠性的目的，作用如下：（1）通過(guò)失效分析，改進(jìn)硬件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)及可靠性應(yīng)用的理論和方法。（2）通過(guò)失效分析找到引

2、起失效的物理現(xiàn)象，得到可靠性預(yù)測(cè)的模型。（3）為可靠性試驗(yàn)（加速壽命和篩選試驗(yàn)）條件提供理論依據(jù)和實(shí)際分析手段。（4）在處理中若為工藝問(wèn)題，確定是否為批量性問(wèn)題，為是否需要批次性召回和報(bào)廢提供依據(jù)。（5）通過(guò)失效分析的改善糾正措施，提高產(chǎn)品良率和可靠性，減少產(chǎn)品運(yùn)行故障，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。電子組裝工藝失效分析技術(shù)與方法主要有：外觀檢查、金相切片分析、光學(xué)顯微鏡分析技術(shù)、紅外顯微鏡分析技術(shù)、聲學(xué)顯微鏡分析技術(shù)、掃描電子顯微鏡技術(shù)、電子束測(cè)試技術(shù)、x-射線分析技術(shù)及染色與滲透分析技術(shù)。本章將重點(diǎn)介紹電子組裝工藝失效分析中經(jīng)常使用的分析技術(shù)的原理、方法。1、外觀檢查外觀檢查主要是分析外觀缺陷，目的

3、是記錄PCB、元器件和焊點(diǎn)等物理尺寸、材料、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和標(biāo)記，確認(rèn)外觀的破損，檢測(cè)污染等異常和缺陷，這些問(wèn)題都是工藝制造或應(yīng)用中造成的錯(cuò)誤、過(guò)負(fù)載和操作失誤的證據(jù)，很可能與失效是相關(guān)的。外觀檢查通常采用目檢，也可以用1.5 10倍的放大鏡或光學(xué)顯微鏡。外觀檢查要特別注意以下幾方面內(nèi)容的檢查：（1） 機(jī)械損傷（2） 器件密封缺陷（3） 器件引腳鍍層缺陷（4） PCB表面的污染或黏附物（5） PCB的分層和爆裂等（6） 器件的熱損傷或電器損傷情況（7） PCB焊盤(pán)表面處理異常（8） 焊點(diǎn)缺陷2、金相切片分析金相分析是金屬材料試驗(yàn)研究的重要手段之一，采用定量金相學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相

4、顯微組織的測(cè)量和計(jì)算來(lái)確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系。金相樣品制備流程：（1）試樣選取部位確定及截取方式：選擇取樣部位及檢驗(yàn)面，此過(guò)程綜合考慮樣品的特點(diǎn)及加工工藝，且選取部位需具有代表性（2）鑲嵌：取金相切片專(zhuān)用模具，將試樣直立與模內(nèi)，讓待檢部位朝上。取一紙杯將冷埋樹(shù)脂（固態(tài)）與固化劑（液態(tài)）按2:1體積比混合，攪拌均勻，倒入模內(nèi)，直到樣品完全浸沒(méi)，將模具靜置10-20min，待樹(shù)脂完全固化。（3）試樣粗磨：粗磨的目的是平整試樣，磨成合適的形狀。待固化完全后，先將較粗的金相砂紙將樣品磨至接近待檢部位，在按金相專(zhuān)用砂紙目數(shù)有小到大的順序進(jìn)行粗磨和細(xì)磨。（4）

5、試樣精磨：精磨的目的是消除粗磨時(shí)留下的較深的劃痕，為拋光做準(zhǔn)備。對(duì)于一般的材料磨制方法分為手工磨制和機(jī)械磨制兩種。（5）試樣拋光：拋光的目的是把磨光留下的細(xì)微磨痕去除，成為光亮無(wú)痕的鏡面。一般分為機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、電解拋光三種，而最常用的為機(jī)械拋光。拋光粉粒徑約為0.05um（6）試樣微蝕：顯微鏡下觀察到拋光樣品的組織必須進(jìn)行金相腐蝕。腐蝕的方法很多種，主要有化學(xué)腐蝕、電解腐蝕、恒電位腐蝕，而最常用的為化學(xué)腐蝕，用微蝕溶液為濃氨水和30%的雙氧水按體積比9:1的比例混合）對(duì)待檢表面進(jìn)行涂抹處理，時(shí)間約為10s,然后用清水將表面清洗干凈，吹干。（7）觀測(cè)：根據(jù)待檢部位具體情況，選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊?/p>

6、數(shù)，直到能夠清晰觀察到真實(shí)圖像。3、分析技術(shù)X射線分析技術(shù)是一種借助X射線來(lái)識(shí)別原子種類(lèi)的高技術(shù)。X射線是一種波長(zhǎng)短、能量高的電磁波。當(dāng)用X射線照射物質(zhì)時(shí)，除發(fā)生散射和吸收現(xiàn)象外，還會(huì)造成原子內(nèi)的電子發(fā)生電離，內(nèi)層軌道的電子脫離原子，形成一個(gè)空位，使原子處于“激發(fā)態(tài)”，這樣外層電子就會(huì)自動(dòng)向內(nèi)層跳去，填補(bǔ)這個(gè)空位，從而發(fā)射出一定能量的X射線。由于它的波長(zhǎng)和能量與原來(lái)照射的X射線不同，科學(xué)家將其稱(chēng)為次級(jí)X射線，又叫X射線熒光。X光透射系統(tǒng)就是利用不同材料厚度或不同材料密度對(duì)X光的吸收或透過(guò)率的不同原理成像，用來(lái)檢查焊點(diǎn)內(nèi)部的缺陷、通孔內(nèi)部缺陷、高密度封裝的BGA或CSP器件的缺陷焊點(diǎn)的定位，同時(shí)

7、也可檢查PCB內(nèi)部缺陷等等。X-ray 分析是一種無(wú)損檢測(cè)分析技術(shù)。4、光學(xué)顯微鏡分析技術(shù)光學(xué)顯微鏡是進(jìn)行電子元器件、半導(dǎo)體器件和集成電路失效分析的主要工具之一。主要有立體顯微鏡和金相顯微鏡。兩者結(jié)合起來(lái)使用，可用來(lái)進(jìn)行器件外觀以及失效部位的表面形狀、分布、尺寸、組織、結(jié)構(gòu)、缺陷和應(yīng)力等觀察，如觀察分析芯片在過(guò)電應(yīng)力下的各種燒毀與擊穿現(xiàn)象、引線內(nèi)外鍵和、芯片裂縫、玷污、劃傷、氧化層缺陷及金屬層腐蝕等情況。立體顯微鏡放大倍數(shù)較低，從幾倍到上百倍，但景深大。金相顯微鏡放大倍數(shù)較高，從幾十倍到一千多倍，但景深較小。兩者除了放大倍數(shù)不同外，其結(jié)構(gòu)、成像原理及使用方法基本相似。均是用目鏡和物鏡組合來(lái)成像

8、的，立體顯微鏡一般稱(chēng)正像，金相顯微鏡所成的像是倒像。像的放大倍數(shù)是目鏡和物鏡兩者放大倍數(shù)之積。立體顯微鏡和金相顯微鏡均有入射和透射兩種照相方式，并配有一些輔助裝置，可提供明場(chǎng)、暗場(chǎng)、微分干涉相襯和偏振等觀察手段，以適應(yīng)不同觀察的需要。5、聲學(xué)顯微鏡分析技術(shù)聲學(xué)顯微鏡:scanning Acoustic Microscope, 目前，聲學(xué)顯微鏡已成為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中發(fā)展最快的技術(shù)之一，主要是針對(duì)半導(dǎo)體器件 ,芯片,材料內(nèi)部的失效分析。其可以檢查到:1.材料內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu),雜質(zhì)顆粒夾雜物沉淀物2. 內(nèi)部裂紋. 3.分層缺陷.4.空洞,氣泡,空隙等。主要包括三種聲學(xué)顯微鏡：掃描激光聲學(xué)顯微鏡（scan

9、ning Laser Acoustic Microscope,SLAM; 掃描聲學(xué)顯微鏡（Scanning Acoustic Microscope, SAM; C型掃描聲學(xué)顯微鏡（C-Mode Scanning Acoustic Microscope, C-SAM）.從觀察物體的深度來(lái)說(shuō)，每一類(lèi)型聲學(xué)顯微鏡都用其自己的應(yīng)用區(qū)域。如SLAM能觀察到樣品內(nèi)部所有區(qū)域，C-SAM能觀察到樣品表面以下幾毫米的區(qū)域，而SAM則只能觀察到樣品表面幾微米的區(qū)域。C-SAM是一種反射式掃描聲學(xué)顯微鏡，是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中一項(xiàng)重要的技術(shù)。它是利用高頻超聲波在材料不連續(xù)界面上反射產(chǎn)生的振幅及相位與極性變化來(lái)成像，其掃描方式是沿著Z軸掃描X-Y平面的信息。內(nèi)部造影原理為電能經(jīng)由聚焦轉(zhuǎn)換鏡產(chǎn)生超聲波觸擊在待測(cè)物品上，將聲波在不同接口上反射或穿透訊號(hào)接收后影像處理，再以影像及訊號(hào)加以分析。C-SAM即最利用此特性來(lái)檢出材料內(nèi)部的缺陷并依所接收之訊號(hào)變化將之成像。因此，只要被檢測(cè)的IC上表面或內(nèi)部芯片構(gòu)裝材料的接口有脫層、氣孔、裂縫等缺陷時(shí)，即可由C-SAM影像得知缺陷之相對(duì)位置。目前用于電子封裝或組裝分析的主要是C模式的超聲波掃描聲