SMT制成缺陷研究分析及檢測
SMT制成缺陷研究分析及檢測
當今SMT應用技術及新器件、新材料發展迅速,尤其是近年來新型元器件,代表性的如BGA、chip-scale逐漸從實驗走向批量生產,一種新型元器件類型的出現往往引起新設計方法、新工藝、新設備的發展,在這個現象的后面隱藏了許多的幕后工作,即實驗室試驗及檢測分析。發達國家的研究機構及高校在新技術推出、新材料發現、新型器件類型發展方面不惜組織大量的人力、投入巨額資金和時間組建多種類型的實驗室,做了相當細致的分折、研究工作,促進了SMT新技術的應用和成熟發展。
1 實驗分橋內容簡介
針對SMT應用,相應的實驗分析內容都圍繞組裝質量和材料物質的可靠性進行,大致可以分為以下幾種:(在此不包括電測試范圍)
1)表面特征;
2)內部結構;
3)應力及拉力;
4)流體特性;
1 環境影響。
實驗室研究內容主要對新工藝開發、提高可靠性及缺陷分析有重大意義,新工藝的開發涉及新材料開發和應用、工藝過程控制技術、新的組裝技術等。新技術的開發工作及開銷不可能由單一部門完全承擔下來,不可避免地要求許多領域部門或企業的聯合開發,*終成果共享,促進行業的技術進步。
在可靠性和缺陷分析范疇,實驗人員和設備的幫助更是價值不菲的,研究人員的經驗和智慧,再加上現代化的實驗設備計算機化,得到的每一個實驗分析結果都凝結著人類的高度智慧和創造。
2 實驗設備及儀器應用介紹
根據上述述簡要分析,結合相關檢測技術和作用進行介紹。
掃描電子顯微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)
該類儀器有兩種:常規場致發射SEM、帶有X光的能量色散譜儀(EDS)。
主要作用:進行好的深場景、高倍光學分析,利用EDS還可以分板內部織成。
典型應用:SMT焊點可靠性缺陷檢查的顯微圖像分析,可以進行金相分析。
聲掃描顯微鏡(Scanning acoustic microscope)
進行物體無損、高倍率檢查。其典型應用是樣品器件底部填充空洞檢查、分析,特別是filp-chip器件。
喇曼(Raman)圖像顯微鏡。
固體表面特性分析,如厚、薄膜等,用于電子封裝用的聚合物的確認。
傅利葉變換紅外分光計FTIR(Fourier transform infraredspectrometer)
利用喇曼光譜分析學進行物體表面吸收的分子種類,用于無機物質分析,例如表面污染度檢測,
光學顯微鏡
高倍光學檢查,可500倍放大,用于樣品分析。
高速攝影機
運動過程捕獲及分析,典型的如filp-chip的填充過程分析。
x光衍射儀
亞微米厚度測量,如PCB或晶片上的鎳、金薄膜厚度的測量。
計算機斷層成像X光檢查儀
無損三維圖像檢查,如塑封、薄型金屬元器件,針對焊接缺陷特別有效,典型的如BGA器件焊點空洞、開路、短接,
原于顯微鏡(Atomic force microscope)
用于納米級薄膜厚度、表面形狀繪制、粗糙度測量,典型應用為PCB上的有機阻焊膜厚度及晶片上金屬膜厚度測量。
帶局部環境的通用拉力測試儀
附加環境控制條件的拉力測試,典型的如IC芯片、COB器件中的引線可靠性,PCB焊點應力特性。
硬度測試儀
基本上有三類:納米硬度測試儀、微波硬度測試儀、超聲微波硬度測試儀。用薄膜或微小物體的硬度測量,評價承受力和微小摩擦力等。例如flip-chip金屬襯板承受力、硅芯片上的金、銀端頭、器件引線拉力等。
表面角度計
焊點外形傾角測量,主要用于PCB、器件的潤濕度衡量。
聚合材料熱特性測試儀
可大致分為三類:差式掃描熱量計DSC(Differential scanning calorimeter)、熱力學機械分析儀(Thermal mechanical analyser)、機械沖擊熱分析儀(Dynamic mechanical thermal analyser)。主要用于PCB玻璃介質、封裝材料和阻焊膜的傳導特性測試:評價PCB基板、IC封裝材料的彈性及松弛度。
同步熱分析儀
主要進行物質的溫度和氧化穩定程度,確定混合物成份,具體如IC的封裝材料熱穩定特性評價。
表面張力旋轉流速計
主要進行聚合物的流變特性,具體是針對填充物質,如環氧樹脂(epoxy)、密封劑(sealant)、密封膠材料等(encapsulant)。