随着智能手机等终端设备的高功能化、纤薄化发展,封装印刷电路板、电子部件也在向小型化、高密度化的方向迈进。而在汽车领域,基于自动刹车及自动驾驶技术的电子控制化进程也在不断推进中。这些变化无一例外地对封装印刷电路板、电子部件的可靠性提出了更高的要求,基于故障分析、不良分析的品质改良,也必须不断提升精度及速度。
下面我们将为您介绍使用新型4K数码显微系统开展故障及不良分析的应用案例。

封装印刷电路板、电子部件的故障分析、不良分析

封装印刷电路板、电子部件故障分析的重要性

在智能手机、平板电脑终端、可穿戴设备等不断向小型化、纤薄化、高功能化方向发展的背景下,印刷电路板及部件的小型化、高密度化、多层化进程也在持续推进当中。而在汽车行业,随着自动刹车及自动驾驶技术的研究开发,重要构成部件也在向电子控制化的方向发展。在这样的背景下,封装印刷电路板、电子部件也需要长时间承受移动、加速、停止等状态下的应力,必须具备更高的耐久性及可靠性。
对于在日常生活的方方面面肩负重要职责的终端设备,以及追求高度安全性的汽车等产品而言,受到电子控制的重要部件一旦发生故障或不良,就有可能引发重大的问题或事故。

在评估封装印刷电路板、电子部件的耐久性及可靠性时,可靠性评估试验(加速试验)的重要性愈发凸显。除了产品试验,还要重视上市产品的品质保障,用显微镜进行产品故障分析、不良分析,并据此查明原因、改良品质,这个环节的重要性达到了空前的高度,对精度的要求也越来越高。
在制造现场的安装工序中,以及产品进入市场后,都有可能发生封装不良及电子部件故障,下面我们将对相关的分析方法进行说明。

故障分析、不良分析的方法

封装印刷电路板的故障分析、不良分析方法可分为如下几种。

故障部位的查明
用电气手段再现故障,利用“锁相红外热成像分析”等手段,查找电子部件、单元等短路或漏电时的发热位置,查明故障部位。
故障部位的确认
利用透射X线、X线CT、电子探针微量分析仪(EPMA)等工具,观察细微结构等对象,正确理解并掌握相应的物性。
不良部位的观察、分析(不良分析)
通过用显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、聚焦离子束装置(FIB)、电子探针微量分析仪(EPMA)等工具对不良部位进行“截面观察”,研磨开封树脂封装后进行“平面观察”等,可以详细分析不良,查明具体的原因。

封装印刷电路板、电子部件的观察、分析应用案例

在上文列举的电子印刷电路板、电子部件故障分析、不良分析中,“不良部位的观察、分析”的精度尤为关键。在上市产品及可靠性评估试验的故障原因查明及改良中,分析、评估不仅要确保正确性,还要提高速度。
其中,用显微镜对不良部位实施外观检测,并据此开展分析、评估,是一种非常常用的方法。但是传统显微系统设备较大,还要换用多种设备,操作繁琐,费时费力。在观察、分析过程中,还会遇到细微部件凹凸不平、照明条件难以设定、轮廓不清晰等众多问题。

基恩士的高精细4K数码显微系统“VHX系列”采用高分辨率HR镜头、4K CMOS等先进技术,能用清晰的4K图像对不良部位进行正确的观察及分析。还能使用高分辨率的放大图像,以简单操作直接完成2D、3D测量等工作,高精度地快速完成分析所需的一系列作业。
下面将介绍使用“VHX系列”进行观察、分析的应用案例。

引线接合的观察、分析

传统的显微系统无法对模具上立体连接的所有引线接合进行全幅对焦,因光泽产生的光晕等也会造成不利影响,很难拍摄到清晰的图像。
4K数码显微系统“VHX系列”则配备了“全方位观测系统”,能以任意角度进行倾斜观察,还能借助高功能的内置光源进行均匀照明,用“消除光晕功能”抑制光线反射形成的光晕,实现对目标物整体全幅对焦的“实时深度合成”。在对立体引线接合进行高倍率观察时,也能用全幅对焦的清晰4K图像,进行正确的观察及分析。

用4K数码显微系统“VHX系列”进行引线接合的倾斜观察及分析
左:HDR拍摄+深度合成/右:普通(50×)
左:HDR拍摄+深度合成/右:普通(50×)
左:深度合成/右:普通(200×)
左:深度合成/右:普通(200×)
详细观察/实态观察的画面分割显示(左:200×/右:20×)
详细观察/实态观察的画面分割显示(左:200×/右:20×)
左:深度合成/右:普通
左:深度合成/右:普通

半导体封装截面/表面的观察、分析

4K数码显微系统“VHX系列”配备了暗视场、明视场、微分干涉(DIC)、偏光等多样化的照明功能。还能观察半导体封装时使用的接着剂(粘合剂)及各类焊膏的特性及材料形状。
树脂包埋后的截面样品切削或研磨不充分时,同样能用少量图像构建立体影像,在进行高倍率观察时也能获得全幅对焦的清晰图像。

用4K数码显微系统“VHX系列”观察、分析BGA树脂包埋截面
上:暗视场照明(100×、300×)/下:明视场照明(100×、300×)
上:暗视场照明(100×、300×)/下:明视场照明(100×、300×)
上:深度合成/下:普通(700×)
上:深度合成/下:普通(700×)

“VHX系列”还能利用“全方位观测系统”,从倾斜角度进行封装表面及针脚的高倍率观察。相较于传统显微系统,可实现约20倍的景深,不必进行繁琐的调焦,就能用全幅对焦的清晰图像快速实现高精度分析。

VHX系列
用4K数码显微系统“VHX系列”进行半导体封装的倾斜观察
封装表面的倾斜观察(120×)
封装表面的倾斜观察(120×)
引线的倾斜观察(画面分割功能)
引线的倾斜观察(画面分割功能)

封装印刷电路板的观察、测量及分析

已封装电子部件的印刷电路板表面凹凸不平,颜色及光泽情况复杂,用传统显微镜难以进行准确的调焦及照明条件设定,作业费时费力。

4K数码显微系统“VHX系列”配备了高分辨率HR镜头与电动镜头转换器,无需更换镜头就能进行20至6000倍的自动倍率切换,实现“无缝缩放”,通过直观操作进行放大观察。借助“全方位观测系统”,在进行高倍率倾斜观察时同样可获得全幅对焦的高分辨率图像,能够对立体的封装部件进行清晰的观察、分析。还能用画面分割功能分屏显示倍率不同的图像,即便目标物是高密度的封装印刷电路板,也能跟踪观察作为分析对象的封装不良部位。
甚至能直接使用高分辨率图像中的高度信息,实现次微米级的3D形状及轮廓测量,仅用1台设备就能快速完成定量分析及评估。

用4K数码显微系统“VHX系列”观察、分析、测量部件封装状态
倾斜观察、3D形状测量(画面分割功能)
倾斜观察、3D形状测量(画面分割功能)
可测量任意截面的轮廓
可测量任意截面的轮廓

IC芯片的最终外观检测

4K数码显微系统“VHX系列”支持最大6000倍的高倍率观察,在高倍率条件下也能获得高分辨率的4K图像。配备了深度合成、HDR等功能,对于多样化照明或凹凸不平的目标物也能对整体进行全幅对焦,对于IC芯片电路图形的细微划痕也能清晰捕捉。
除了故障及不良分析,在制造现场的最终外观检测中也能实现正确快速的分析和评估。

用4K数码显微系统“VHX系列”检测IC芯片的外观
左:明视场照明/右:暗视场照明(400×)
左:明视场照明/右:暗视场照明(400×)
微分干涉(DIC)照明
微分干涉(DIC)照明
在蓝光照射下的IC图形超清晰观察
在蓝光照射下的IC图形超清晰观察
用4K数码显微系统“VHX系列”进行IC芯片的故障分析、不良分析
故障部位的实态图像与详细分析图像(1000×以下)
故障部位的实态图像与详细分析图像(1000×以下)
不良部位的分析(400×)
不良部位的分析(400×)

IC芯片的异物混入检测、分析

混入电路的细小异物(微粒子)可能会造成短路等问题,引发故障及不良。
4K数码显微系统“VHX系列”对于细小异物也能拍摄高倍率的清晰图像。还能用少量图像构建立体影像,分辨异物和凹陷造成的凹凸,判断电路表面是否有异物存在。
“VHX系列”甚至能直接运用高度信息,对异物的3D形状及轮廓进行测量。仅用1台设备就能快速根据异物的大小、结构、体积进行定量评估,并用拍摄到的图像和测量值创建报告。

用4K数码显微系统“VHX系列”分析IC芯片中混入的异物(微粒子)
IC芯片异物混入位置(200×)
IC芯片异物混入位置(200×)
混入到IC芯片中的异物(1000×)
混入到IC芯片中的异物(1000×)
异物(微粒子)的轮廓测量
异物(微粒子)的轮廓测量
异物(微粒子)的3D形状测量
异物(微粒子)的3D形状测量

提高故障分析、不良分析的精度及作业效率

4K数码显微系统“VHX系列”不仅能够用清晰的4K图像进行观察、分析,还能用1台设备完成2D、3D测量,对于具有立体结构的封装印刷电路板、电子部件,能够大幅改善故障分析和不良分析的精度及作业效率。
还能通过简单操作实现高水准的分析与定量评估,无论熟练度如何,都不会产生人为误差。
除了上文中介绍的功能外,“VHX系列”还配备了许多其他的功能,能够满足各类目标物多样化故障及不良分析的需求。

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