Porównanie technik mikrosekcji PCB w celu lepszego wykrywania wad

W branżach takich jak lotnictwo, urządzenia medyczne i elektronika motoryzacyjna, gdzie nawet niewielka wada PCB może prowadzić do wycofania produktu, zagrożeń dla bezpieczeństwa,lub kosztowne awarie nie podlega negocjacji wiarygodne wykrywanie wadMikrosekcja PCB wyróżnia się jako jedna z najskuteczniejszych metod wykrywania ukrytych problemów: przecina warstwy, aby ujawnić wewnętrzne wady (takie jak mikro-pęknięcia, delaminacja,lub próżniach pokrycia) które nie są niszczące (eJednakże nie wszystkie techniki mikrosekcji są równe.i wybór właściwego zależy od projektu PCBW niniejszym przewodniku podzielone są kluczowe metody mikrosekcji, ich skuteczność w wykrywaniu wad, ich porównanie z narzędziami nieniszczącymi (np. rentgenem),i jak je stosować w celu zapewnienia jakości i niezawodności PCB.

Kluczowe wnioski
1.Mikrosekcja ujawnia "niewidzialne": w przeciwieństwie do rentgenowskiej lub AOI (zautomatyzowanej inspekcji optycznej), mikrosekcja pozwala zobaczyć przekróje PCB,odkrywanie drobnych wad (5 ‰ 10 mikrometrów), takich jak pęknięcia miedzi lub delaminacja warstw.
2Przygotowanie próbki jest łatwe: słabe cięcie, szlifowanie lub polerowanie tworzy "artefakty" (fałszywe wady), więc stosując rygorystyczne procedury (piły diamentowe, montaż epoksydowy,Ciężkość odcinania (np. w stosunku do cienkiego ścierania) jest kluczowa dla dokładnych wyników..
3.Zagadnienia techniczne dotyczące rodzaju wady: Mikrosekcja mechaniczna jest idealna do ogólnych kontroli warstw, precyzyjnego szlifowania/polerowania drobnych wad,i grawerowanie do ujawniania granic ziaren lub ukrytych pęknięć.
4.W połączeniu z narzędziami nieniszczącymi: połączenie mikrosekcji (do analizy głębokiej przyczyny) z rentgenowską (do szybkiej inspekcji masowej) w celu pokrycia wszystkich scenariuszy wad, co zmniejsza liczbę pominiętych problemów o 40%.
5Przemysły o wysokiej niezawodności potrzebują mikrosekcji: sektory lotnicze, medyczne i motoryzacyjne opierają się na niej, aby spełnić rygorystyczne standardy (np. IPC-A-600) i zapewnić zero wad krytycznych.

Przegląd mikrosekcji PCB: czym jest i dlaczego ma ona znaczenie
Mikrosekcjonowanie PCB jest metodą testowania destrukcyjnego, która tworzy widok przekroju poprzecznego PCB w celu sprawdzenia wewnętrznych struktur i wad.wysokiej rozdzielczości w warstwach, przewody, złącza lutowe i pokrycia miedzi ‒ szczegóły, do których nie ma dostępu badanie na poziomie powierzchni.

Co to jest mikrosekcja PCB?
Proces ten obejmuje cztery podstawowe etapy, z których każdy wymaga precyzji, aby uniknąć uszkodzenia próbki lub stworzenia fałszywych wad:

1Ścinanie próbek: Mała sekcja (zazwyczaj 5×10 mm) jest wycinana z PCB, często z obszarów wysokiego ryzyka (przewody, złącza lutowe lub podejrzane plamy) za pomocą piły diamentowej (w celu uniknięcia rozpraszania warstw miedzi).
2.Umocowanie: próbka jest osadzona w żywicy epoksydowej lub akrylowej w celu jej stabilizacji podczas szlifowania/polerowania (żywica zapobiega przesunięciu lub pękaniu warstw).
3Szlifowanie i polerowanie: Montowana próbka jest mielona stopniowo cienkimi ścieraczami (od 80-grit do 0,3-mikronowej pasty aluminowej) w celu utworzenia gładkiej,lustrzana powierzchnia, która odkrywa szczegóły wewnętrzne bez zadrapań.
4.Inspekcja: Mikroskop metalograficzny (zwiększony do 1000x) lub mikroskop elektroniczny skanujący (SEM) są stosowane do analizy przekroju poprzecznego, identyfikacji wad lub cech pomiarowych (np.grubość miedzi).

Pro Tip: Użyj kuponów testowych (małych, identycznych sekcji PCB przymocowanych do płyty głównej) do mikrosekcji, aby uniknąć uszkodzenia rzeczywistego produktu, jednocześnie weryfikując jakość.

Dlaczego mikrosekcja jest niezbędna
Metody nieniszczące, takie jak rentgen lub AOI, mają swoje ograniczenia: rentgen może pominąć maleńkie pęknięcia lub pustki pokrycia, a AOI sprawdza tylko powierzchnię PCB.

1.Ujawnianie ukrytych wad: Ujawnianie mikro-pęknięć (510μm), delaminacji (oddzielenia warstw), pustek powlekania i niezgodnych z prawem warstw, które powodują nagłe awarie w krytycznych zastosowaniach (np.skrócenie PCB wyrobu medycznego z powodu ukrytych pęknięć miedzi).
2Umożliwia dokładne pomiary: sprawdza grubość miedzi (krytyczna dla zdolności przenoszenia prądu) poprzez wypełnienie beczki (w celu zapobiegania utracie sygnału) i wyrównanie warstwy (w celu uniknięcia krótkich bielizn).
3Wspieranie analizy przyczyny: w przypadku awarii PCB mikrosekcjacja wskazuje dokładny problem (np. pęknięcie przewodu z powodu złego pokrycia) i pomaga naprawić proces projektowania lub produkcji.
4.Zapewnienie zgodności: spełnia surowe standardy przemysłowe, takie jak IPC-A-600 (akceptacja PCB) i IPC-6012 (kwalifikacja sztywnych PCB), które wymagają dowodu wewnętrznej jakości dla produktów o wysokiej niezawodności.

Kluczowe techniki mikrosekcji PCB: porównanie i przypadki zastosowania
Trzy główne techniki dominują w mikrosekcjach PCB: cięcie mechaniczne, precyzyjne szlifowanie/polerowanie i etzowanie, z których każda jest zoptymalizowana pod kątem konkretnych rodzajów wad i celów inspekcji.

1. Mikrosekcja mechaniczna: dla ogólnych inspekcji wewnętrznych
Mikrosekcja mechaniczna jest podstawą analizy przekroju poprzecznego.co sprawia, że jest idealny do wstępnej kontroli wad i kontroli struktury warstwy.

Szczegóły procesu
a.Rozcinanie: piła z diamentowym końcem (z chłodzeniem wodnym w celu zapobiegania przegrzaniu) przecina próbkę; zbyt duże ciśnienie może zniszczyć przewody lub stworzyć fałszywe pęknięcia, dlatego operatorzy stosują powolne, stałe ruchy.
b.Umocowanie: próbka jest umieszczana w formie z żywicą epoksydową (np. żywicą akrylową lub fenolową) i utwardzana w temperaturze 60°C przez 1°2 godzin. Twardość żywicy (Shore D 80°90) zapewnia stabilność podczas szlifowania.
c.Grubo szlifowanie: koło szlifowe o grubości 80 ‰ 120 ‰ usuwa nadmiar żywicy i spłaszcza powierzchnię próbki, co odsłania przekrój PCB (warstwa, przewody, złącza lutowe).

Najlepiej dla
a.Badania ogólnej struktury warstwy (np. "Czy wewnętrzne warstwy są wyrównane?").
b.Wykrywanie dużych wad: delaminacja (oddzielenie warstw), niepełne wypełnienie lub pęknięcia złączy lutowych.
c.Pomiar podstawowych cech: grubość miedzi (warstwa zewnętrzna), poprzez średnicę beczki.

Za i przeciw

2Precyzyjne szlifowanie i polerowanie: do wykrywania drobnych wad
Precyzyjne szlifowanie i polerowanie posuwają mikrosekcję mechaniczną o krok dalej, tworzą one powierzchnię wolną od zadrapań, która ujawnia mikroskopijne wady (do 5 μm), takie jak mikro-pęknięcia lub próchnice pokrycia.

Szczegóły procesu
1.Progresywna ścieranie: po szlifowaniu surowym próbka jest polerowana cienkimi ścieraczami w etapach:
a.240-400-grut: usuwa zadrapania z szlifowania surowego.
b.800-1200-grit: wygładza powierzchnię do inspekcji o wysokim powiększeniu.
pasty aluminowej o pojemności 0,3-mikronowej: tworzy lustrzane wykończenie (krytyczne dla dostrzegania drobnych wad).
2.Kontrolowane ciśnienie: Automatyczne polerowanie (np. Struers Tegramin) stosuje ciśnienie 1020 N. Stałe ciśnienie unika nierównomiernych powierzchni ukrywających wady.
3.Oczyszczanie: próbkę po każdym etapie wyciera się alkoholem izopropylowym w celu usunięcia pozostałości ściernych (pozostałości mogą naśladować próżnię pokrycia).

Najlepiej dla
a.Wykrywanie defektów mikro: Mikro-pęknięcia miedziane, maleńkie próżnice pokrycia lub cienkie warstwy dielektryczne.
b.Pomiary wysokiej precyzji: grubość miedzi wewnętrznej warstwy (dokładność ± 1 μm), poprzez jednolitość pokrycia ściennego.
c. PCB HDI: w celu kontroli mikrowias (68 mil) lub wias zestawionych, w których nawet niewielkie wady powodują utratę sygnału.

Za i przeciw

3Etching: dla ujawnienia ukrytych szczegółów mikrostrukturalnych
Etywanie wykorzystuje substancje chemiczne do selektywnego usuwania materiału z polerowanego przekroju poprzecznego, podkreślając cechy mikrostrukturalne (np.W przypadku, gdy nie jest to możliwe, należy przeprowadzić próbę w celu uzyskania wyników..

Szczegóły procesu
1.Wybór chemiczny: różne etsery są skierowane do konkretnych materiałów:
a. Chlorek żelaza (FeCl3): wytwarza miedź, aby ujawnić granice ziarna (pomocne w wykrywaniu pęknięć naprężeniowych w śladach miedzi).
b.Nital (kwas azotowy + alkohol): Wskazuje mikrostruktury złączy lutowych (np. "Czy stop lutowy jest prawidłowo przymocowany do podkładki?").
c. Etycja plazmowa: wykorzystuje gaz jonizowany do etycji warstw dielektrycznych (idealne dla PCB HDI z cienkimi dielektrykami).
2.Kontrolowane stosowanie: Etant stosuje się bawełnianym tamponem przez 5 ̇30 sekund (czas zależy od materiału) ̇ nadmierne wytłaczanie może rozpuszczać krytyczne cechy (np. cienka pokrywa miedziana).
3Neutralizacja: próbka jest płukana wodą i suszona, aby zapobiec etasowi. Pozostałości mogą powodować fałszywe wady (np. plamy wody naśladujące próżnię).

Najlepiej dla
a.Ujawnienie struktury ziarna miedzi: identyfikacja pęknięć z powodu naprężenia (często występujących w elastycznych PCB), które tworzą się wzdłuż granicy ziarna.
b.Badania jakości złączy lutowych: sprawdzanie, czy nie występują złącze zimne (złącze ziarniste) lub próchnice lutowe.
c. Wady dielektryczne: wykrywanie mikro-pustek w warstwach FR-4 lub poliamidów (które powodują utratę sygnału w PCB dużych prędkości).

Za i przeciw

Tabela porównania technik

Skuteczność mikrosekcji: rozwiązywanie wad i przygotowanie
Sukces mikrosekcji zależy od trzech czynników: rozdzielczości (jak małą wadę może wykryć), zakresu wad (które wady odkrywa) oraz jakości przygotowania próby (uniknięcie artefaktów).

1Rozstrzygnięcie i dokładność: dostrzeganie najmniejszych wad
Rozdzielczość mikrosekcji jest niezrównana z metodami niezniszczającymi, przy odpowiednim przygotowaniu może wykrywać wady o rozmiarze 5-10 mikrometrów (około wielkości czerwonej krwinki).Kluczowe czynniki wpływające na restrukturyzację i uporządkowaną likwidację:

a.Wielkość żwiru ściernego: pasta o masie 0,3 mikrona (w porównaniu z żwirem o masie 80 mikrometrów) tworzy gładszą powierzchnię, umożliwiając 1000x powiększenie (wyrażając pęknięcia 5 μm).
b. Typ mikroskopu: SEM (skanujący mikroskop elektroniczny) oferuje 10 razy lepszą rozdzielczość niż mikroskopy optyczne, idealnie nadające się do PCB HDI z mikrovia.
c. Umiejętności operatora: niestabilne szlifowanie może powodować zadrapania (10 ‰ 20 μm), które naśladują wady. Szkoleni operatorzy zmniejszają ten błąd o 90%.

Porównanie rozdzielczości: Mikrosekcja kontra rentgen

2Powszechne wady wykryte przez mikrosekcję
Mikrosekcjonowanie odkrywa wady, które inne testy nie dostrzegają.

3Przygotowanie próbek: Unikanie artefaktów (fałszywych wad)
Największym ryzykiem w procesie mikrosekcji jest tworzenie artefaktów/fałszywych wad spowodowanych słabym przygotowaniem.

a. Zniszczone przewody: spowodowane zbyt dużym ciśnieniem podczas cięcia.
b.Śruby od polerowania: W wyniku pominięcia etapów gruntu ściernego (np. skok z 80 gruntu do 800 gruntu).
c. Pozostałości z grafowania: pochodzące z substancji chemicznych, które nie są neutralizujące (wyglądają jak próżnia z naklejki).

Najlepsze metody zapobiegania artefaktom
1.Używanie tartaków diamentowych: Unika rozpraszania warstw miedzi (w przeciwieństwie do tartaków węglowodorkowych).
2Należy prawidłowo zamontować próbki: upewnić się, że epoksyd w pełni zakapsuje próbkę (zapobiega przesunięciu warstwy).
3.Progresywne szlifowanie/polerowanie: Nigdy nie pomijaj etapów szlifowania. Każda szlifowanie usuwa zadrapania z poprzedniej.
4.Kontrolę czasu etsu: użyj zegarka (5-30 sekund) i natychmiast zneutralizuj.
5Dokładne czyszczenie: po każdym etapie wytrzeć próbki alkoholem izopropylowym w celu usunięcia pozostałości.

Badanie przypadku: Producent wyrobów medycznych odkrył "płytki pokrywające" w swoich PCB po ponownej inspekcji z odpowiednim polerowaniem (pasta o pojemności 0,3 mikrona zamiast 1200 szklanych szklanych szklanych),"Pustki" okazały się być polerowaniem zadrapańTo uratowało 100 tysięcy dolarów od odwołania.

Destrukcyjne vs. Niedestrukcyjne: Mikrosekcja vs. Promieniowanie rentgenowskie
Mikrosekcja jest destrukcyjna (niszczy próbkę), natomiast promieniowanie rentgenowskie jest nieniszczące (pozostawia PCB nienaruszone).Każda z nich ma swoje mocne i słabe strony. Połączenie ich daje najbardziej kompleksowe wykrycie wad..

1Porównanie osobiste

2. Użycie uzupełniające: Mikrosekcja + promieniowanie rentgenowskie
Aby uzyskać maksymalne pokrycie wad, do wstępnego badania wykonuje się rentgenowskie badania i do analizy głębokiej wykonuje się mikrosekcje:

a. Najpierw promieniowanie rentgenowskie: skanowanie 100+ PCB na godzinę w celu wykrycia oczywistych wad (np. próżnia lutownicy BGA, brakujące przewody).
b. Próbki z problemem mikrosekcji: w przypadku PCB oznaczonych promieniami rentgenowskimi, przekrój przekroju poprzecznego do:
Potwierdź wadę (np. "Czy próżnia lutowa jest prawdziwa, czy fałszywe odczyty rentgenowskie?").
Znajdź przyczynę główną (np. "Pustka jest spowodowana złym wyrównaniem szablonów podczas lutowania").
c. Zweryfikowanie ustaleń: po dostosowaniu procesu produkcyjnego (np. ustawienie ustawienia szablonów) należy wykorzystać mikrosekcję, aby potwierdzić zniknięcie wady.

Przykład: Dostawca samochodowy wykorzystał rentgenowskie badania, aby stwierdzić, że 10% jego jednostek sterujących zawierało próżnię lutowniczą BGA.Mikrosekcja wykazała, że próżnia była spowodowana niewystarczającym czasem ponownego przepływu, a mikrosekcja potwierdziła zero pustek w następnej partii.

Scenariusze zastosowań: gdzie mikrosekcja jest najbardziej przydatna
Mikrosekcja jest kluczowa w trzech kluczowych scenariuszach: zapewnieniu jakości, analizie awarii i branżach o wysokiej niezawodności.
1Zapewnienie jakości (QA)
Mikrosekcja zapewnia, że PCB spełniają specyfikacje projektowe i standardy branżowe:

a.Weryfikacja zgodności: udowadnia zgodność z IPC-A-600 (np. "Gęstość miedzianego pokrycia wynosi 25 μm, zgodnie z wymaganiami").
b.Kwalifikacja dostawcy: Badania, czy PCB nowego dostawcy spełniają Państwa normy (np. "Czy ich mikrovia HDI ma <5% próżni?").
c. Próbkowanie serii: losowa mikrosekcja 1 ‰ 5% partii produkcyjnych w celu złapania dryfu procesu (np. "Grubość pokrycia spadła do 20 μm ≈ dostosować zbiornik galwanizacyjny").

2Analiza awarii (FA)
Kiedy PCB się uszkadza, mikrosekcja jest najszybszym sposobem na znalezienie przyczyny:

a.Upadki pola: Mikrosekcja PCB monitora medycznego ujawniła ukrytą pęknięcie miedzi (powodowane cyklem termicznym), które promieniowanie rentgenowskie nie zauważyło.
b.Wady projektowe: PCB nowego czujnika IoT miało utratę sygnału. Mikrosekcja wykazała, że mikrovia były niezgodne z warstwami wewnętrznymi.
c.Błędy w produkcji: partia PCB miała delaminację/mikrosekcję, która wyśledziła jej pochodzenie do wygasłego epoksydu w procesie laminacji.

3Przemysły o wysokiej niezawodności
Przemysły, w których bezpieczeństwo jest najważniejsze, opierają się na mikrosekcji w celu wyeliminowania wad krytycznych:

a.W przestrzeni kosmicznej: Mikrosekcje każdego PCB dla systemów satelitarnych w celu zapewnienia braku delaminacji (która może się nie udać w przestrzeni kosmicznej).
b.Medyczne: zatwierdza PCB urządzeń wszczepialnych (np. rozruszników serca) w celu zapewnienia zerowej próżni nakładkowej (która powoduje zwarcia).
c.W motoryzacji: wykorzystuje mikrosekcję dla plików PCB ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) - nawet niewielka pęknięcie lutownicy może spowodować kolizję.

Jak wybrać odpowiednią technikę mikrosekcji
Aby wybrać najlepszą metodę dla swoich potrzeb, należy wykonać następujące kroki:

1Określ swoje cele
a.Ogólne kontrole warstw: stosowanie mikrosekcji mechanicznych (szybkie, niskie koszty).
b. Małe wady (np. mikro-pęknięcia): użyć precyzyjnego szlifowania + polerowania (wysoka rozdzielczość).
c. Problemy ze stopieniem lub ziarnami miedzi: Dodać etykietę do polerowanych próbek.

2Rozważ skomplikowanie PCB
a.Proste sztywne PCB: wystarczy mikrosekcja mechaniczna.
b.HDI lub elastyczne płytki PCB: potrzebne jest precyzyjne szlifowanie + SEM (w celu sprawdzenia mikrovia lub pęknięć ziaren).

3Ocena kosztów i czasu
a.Niski budżet/szybkie wyniki: Mikrosekcjacja mechaniczna (5,20 USD za próbkę, 1 2 godziny).
b.Wysoka precyzja/złożone płytki PCB: Precyzyjne szlifowanie + SEM (20$/50$/próbkę, 3*4 godziny).

4. W parze z narzędziami nieniszczącymi
a.Badania masowe: Najpierw należy wykorzystać promieniowanie rentgenowskie w celu wykrycia dobrych PCB.
b.Głęboka analiza: Mikrosekcja wyłącznie PCB.

Częste pytania
1Czy mogę ponownie wykorzystać PCB po wykonaniu mikrosekcji?
Wykorzystanie kuponów testowych (przymocowanych do głównego PCB) w celu uniknięcia marnowania funkcjonalnych płyt.

2Jak małą wadę może wykryć mikrosekcja?
Dzięki precyzyjnemu szlifowaniu + SEM mikrosekcja może wykryć wady o średnicy 5 μm (około 1/20 szerokości ludzkiego włosa).

3Kiedy powinienem użyć mikrosekcji zamiast rentgenu?
Wykorzystanie mikrosekcji, gdy:

a. Należy zobaczyć wewnętrzne przekroje (np. sprawdzenie poprzez pokrycie).
b. Analizujesz niepowodzenie PCB (analiza przyczyny).
c.Musisz spełniać rygorystyczne normy (np. IPC-A-600 dla lotnictwa kosmicznego).

Wykorzystanie promieniowania rentgenowskiego w przypadku:

a.Musisz szybko zbadać ponad 100 PCB (masowa kontrola jakości).
Nie można zniszczyć PCB (np. drogie płyty serwerowe).
c. Sprawdzasz elementy montowane na powierzchni (np. spoje lutowe BGA).

4Czy potrzebuję specjalnego szkolenia do wykonywania mikrosekcji?
Tak, nie przeszkoleni operatorzy tworzą artefakty (fałszywe wady) lub próbki uszkodzeń.

a.Bezpieczne stosowanie tartaków i polerowarek diamentowych.
b.Właściwe mocowanie epoksydowe i dobór ścieracza.
c. Obsługa szczelnikami (bezpieczeństwo chemiczne).
d.Działanie mikroskopem (zidentyfikowanie prawdziwych lub fałszywych wad).

5Ile kosztuje sprzęt do mikrosekcji?
a. Podstawowa konfiguracja (piła diamentowa + epoksydowy + mikroskop optyczny): ~ 10 000 USD.
b. Precyzyjna konfiguracja (automatyczna poleryzacja + SEM): ~$50k$100k.
c. Outsourcing do laboratorium: $50~$200 za próbkę (bez kosztów wyposażenia).

Wniosek
Mikrosekcja PCB jest niezastąpiona w celu wykrycia ukrytych wad i zapewnienia niezawodności, zwłaszcza w przemyśle, w którym awaria nie jest opcją.Jego zdolność do wykrywania błędów 5 μm (takich jak mikro-pęknięcia lub pustki pokrywające) i zapewnienia bezpośredniego widoku przekroju poprzecznego czyni go złotym standardem w analizie przyczyn podstawowych i zgodnościJednakże jej skuteczność zależy od wyboru właściwej techniki (mechanicznej dla prędkości, precyzyjnego szlifowania dla drobnych wad,w celu wykonania wykresów dla mikrostruktur) i zgodnie ze ścisłymi krokami przygotowywania próbek w celu uniknięcia artefaktów.

W celu uzyskania najlepszych wyników należy połączyć mikrosekcję z nieniszczącymi narzędziami, takimi jak rentgen: rentgen obsługuje szybkie inspekcje masowe, podczas gdy mikrosekcja głęboko zagłębia się w próbki problematyczne.Połączenie to zmniejsza liczbę pominiętych wad o 40% i zapewnia, że PCB spełniają najbardziej rygorystyczne normy (IPC-A-600)., MIL-STD-202).

Ponieważ PCB stają się mniejsze (HDI, mikrovia) i bardziej krytyczne (kosmiczne, medyczne), mikrosekcjacja będzie miała coraz większe znaczenie.i uzupełniającą strategię badawczą, można użyć mikrosekcji do budowy PCB, które są bezpieczniejsze, bardziej niezawodne i wolne od ukrytych wad, oszczędzając czas, pieniądze i reputację w dłuższej perspektywie.