PCB失效分析与可靠性测试

本书主要介绍了 PCB 生产、测试、应用过程中常见的缺陷、失效案例。全书共 6 章：第 1 章介绍PCB 不同表面处理常见的缺陷、失效类型和分析案例；第 2 章介绍 PCB 内部互连缺陷的分析技术和案例；第 3 章介绍 PCB 板料测试的各种热分析测试和案例；第 4 章介绍 X 射线与超声波扫描显微镜在 PCB 无损检测中的应用；第 5 章介绍 PCB 短路与烧板案例；第 6 章主要介绍 PCB 可靠性测试，着重介绍导电阳极丝、互连热应力测试、温度循环和耐热冲击测试以及相关的失效分析案例。本书以 PCB 生产制造为出发点，将理论与技术相结合，对各种不同类型的案例进行归纳总结，也介绍了近些年来新的测试技术，如红外热成像、X 射线 CT 等。本书可供从事 PCB 或电子组装领域的研发设计、工艺研究、生产制造、检测分析、质量管理等人员参考，也可作为相关领域实验室测试人员的参考用书。

第 1 章 PCB 表面处理分析技术与案例分析 1 1.1 PCB 表面分析常用技术.................................................... 1 1.1.1 金相显微镜分析技术 ........................................................................ 1 1.1.2 扫描电子显微镜（SEM）及能谱（EDS）分析技术.....................4 1.1.3 傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析技术 ....................................... 9 1.1.4 显微切片（Microsectioning）技术.................................................13 1.2 化学镀镍浸金（ENIG）表面处理 ....................................... 14 1.2.1 ENIG 介绍 ........................................................................................ 14 1.2.2 ENIG 镍腐蚀机理和分析方法........................................................17 1.2.3 ENIG 工艺流程案例分析................................................................32 1.2.4 ENIG 焊接不良失效案例分析........................................................44 1.2.5 ENIG 焊接可靠性案例分析............................................................55 1.2.6 ENIG 铝线键合失效案例分析.......................................................62 1.3 化学镀镍镀钯浸金（ENEPIG）表面处理.............................65 1.3.1 ENEPIG 介绍.................................................................................... 65 1.3.2 ENEPIG 镍腐蚀产生的原理 ...........................................................68 1.3.3 ENEPIG 工艺流程失效案例分析...................................................70 1.3.4 ENEPIG 键合失效案例分析 ...........................................................72 1.4 有机可焊性保护层（OSP）表面处理 ..................................75 1.4.1 OSP 介绍........................................................................................... 75 1.4.2 OSP 工艺流程常见问题分析..........................................................77 1.4.3 OSP 焊接不良失效案例分析..........................................................83 1.5 浸锡（ImSn）表面处理................................................... 91 1.5.1 浸锡介绍........................................................................................... 91 1.5.2 浸锡工艺流程常见问题分析..........................................................95 1.5.3 浸锡焊接不良失效案例分析..........................................................99 1.6 浸银（ImAg）表面处理................................................. 103 1.6.1 浸银介绍.........................................................................................103 1.6.2 浸银工艺流程常见问题分析........................................................105 1.6.3 浸银焊接不良失效案例分析........................................................117 1.7 电镀镍 / 金（表面处理）..................................................118 1.7.1 电镀镍 / 金介绍 .............................................................................118 1.7.2 电镀镍 / 金焊接不良失效案例分析.............................................119 1.8 热风整平（HASL）焊锡表面处理 .................................... 124 1.8.1 热风整平焊锡 .................................................................................124 1.8.2 热风整平焊锡工艺流程案例分析................................................125 1.8.3 热风整平焊锡焊接不良失效案例分析........................................128 参考文献............................................................................131 第 2 章 PCB 内层互连缺陷分析 133 2.1 导言 ......................................................................... 133 2.2 ICD 分析技术的介绍 .................................................... 134 2.2.1 微切片技术 ....................................................................................134 2.2.2 化学微蚀技术 ................................................................................134 2.2.3 电解抛光技术 ................................................................................136 2.2.4 离子研磨技术 ................................................................................137 2.2.5 聚焦离子束技术 ............................................................................143 2.2.6 联合分析技术 ................................................................................152 2.3 ICD 分析新技术 ........................................................... 159 参考文献........................................................................... 160 第 3 章 PCB 热分析技术.................................................161 3.1 差示扫描量热仪（DSC）检测与分析................................161 3.1.1 DSC 仪器检测原理........................................................................161 3.1.2 DSC 的样品制备和测量设定........................................................162 3.1.3 DSC 曲线的解释 .............................................................................162 3.1.4 DSC 测定玻璃化转变温度............................................................165 3.1.5 DSC 测试应用案例........................................................................167 3.1.6 调制差示扫描量热法（MDSC）概述..........................................173 3.1.7 MDSC 仪器的基本原理.................................................................173 3.1.8 MDSC 测试应用.............................................................................177 3.2 热机械分析（TMA）检测与分析 ..................................... 180 3.2.1 TMA 仪器测试原理 .......................................................................180 3.2.2 TMA 的样品制备和测量设定.......................................................181 3.2.3 TMA 曲线的解释 ...........................................................................181 3.2.4 玻璃化转变温度的测定和计算....................................................184 3.2.5 TMA 测试应用案例 .......................................................................188 3.3 动态热机械分析仪（DMA）检测与分析 ............................205 3.3.1 DMA 仪器测试原理.......................................................................205 3.3.2 DMA 的样品制备和测量设定.......................................................208 3.3.3 DMA 曲线的解释...........................................................................208 3.3.4 DMA 测试应用案例.......................................................................211 3.4 热重分析法（TGA）检测与分析...................................... 222 3.4.1 TGA 仪器测试原理........................................................................222 3.4.2 TGA 的样品制备和测量设定 .......................................................223 3.4.3 TGA 曲线的解释.............................................................................224 3.4.4 TGA 测试的应用案例....................................................................225 3.5 DMA 与 DSC、TMA 在热分析中的联合应用 ....................228 3.5.1 玻璃化转变温度测定比较............................................................228 3.5.2 DSC 曲线热焓松弛........................................................................231 3.6 热重 - 红外联用（TGA-FTIR）检测与分析......................234 3.6.1 热重 - 红外联用仪器测试原理....................................................234 3.6.2 TGA-FTIR 的样品制备和测量设定.............................................235 3.6.3 TGA-FTIR 曲线的解释.................................................................236 3.6.4 TGA-FTIR 测试应用案例.............................................................238 参考文献...........................................................................242 第 4 章 X 射线与超声波扫描技术在 PCB 无损检测的应用........243 4.1 X 射线检测 ................................................................243 4.1.1 X 射线的原理.................................................................................243 4.1.2 X 射线检测 PCB 缺陷的案例 .......................................................246 4.1.3 X 射线 CT 的原理..........................................................................246 4.1.4 X 射线 CT 检测 PCB 缺陷的案例.................................................250 4.2 超声波扫描显微镜（SAM）检测 .....................................258 4.2.1 超声波检测的基本原理................................................................258 4.2.2 超声波扫描显微镜的应用............................................................260 4.2.3 超声波扫描显微镜与 X 射线检测的区别...................................262 参考文献...........................................................................264 第 5 章 PCB 短路与烧板失效分析.....................................265 5.1 PCB 短路失效分析......................................................265 5.1.1 PCB 短路的原因 ............................................................................265 5.1.2 PCB 短路分析技术........................................................................266 5.1.3 PCB 短路案例分析........................................................................268 5.2 PCB 烧板失效分析....................................................... 271 5.2.1 PCB 烧板分析技术........................................................................271 5.2.2 烧板案例分析 ................................................................................271 5.2.3 PCB 烧板的分析和原因讨论........................................................274 参考文献...........................................................................275 Chapter 6 第 6 章 PCB 可靠性测试与失效分析..................................276 6.1 PCB 可靠性测试方法概述.............................................276 6.2 耐 CAF（导电阳极丝）测试案例与失效分析 .....................280 6.2.1 导言.................................................................................................280 6.2.2 耐 CAF 测试与失效分析案例.......................................................286 6.3 互连热应力测试与失效分析.............................................326 6.3.1 互连热应力测试概述 ....................................................................326 6.3.2 互连热应力测试案例 ....................................................................329 6.4 温度循环和耐热冲击测试与失效分析 .................................348 6.4.1 温度循环和耐热冲击测试介绍....................................................348 6.4.2 温度循环和耐热冲击分析案例....................................................350 参考文献...........................................................................354