Сравнение методов микросечения печатных плат для превосходного обнаружения дефектов

В таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, медицинские устройства и автомобильная электроника, где даже крошечный дефект PCB может привести к отзыву продукции, опасности для безопасности,или дорогостоящие неисправности, надежное обнаружение дефектов не подлежит обсуждению.Микросекция ПКЖ выделяется как один из самых мощных методов обнаружения скрытых проблем: она прорезает слои, чтобы выявить внутренние дефекты (например, микрополоски, деламинирование,или покрытия пустоты) что неразрушительные испытания (eОднако не все методы микросекции одинаковы. Механическая резка, прецизионная шлифовка и гравировка имеют уникальные цели.и выбор правильного зависит от вашего дизайна PCBВ этом руководстве приведены основные методы микросекции, их эффективность при обнаружении дефектов, как они сравниваются с неразрушительными инструментами (например, рентгеном),и как их применять для обеспечения качества и надежности ПКБ.

Ключевые выводы
1.Микросекция раскрывает "невидимое": в отличие от рентгеновских лучей или AOI (автоматизированного оптического осмотра), микросекция позволяет увидеть поперечные сечения ПКБ,обнаружение крошечных дефектов (5-10 микрометров), таких как медные трещины или деламинирование слоев.
2Приготовление образца - это неотъемлемая вещь: плохая резка, измельчение или полировка создают "артефакты" (фальшивые дефекты), поэтому, следуя строгим шагам (диамантные пилы, эпоксидная установка,мелкие абразивы) имеет решающее значение для точных результатов.
3.Техника имеет значение для типа дефекта: механическое микросекционирование идеально подходит для общих проверок слоев, точного шлифования/полировки для обнаружения мелких дефектов,и гравирование для выявления границ зерна или скрытых трещин.
4Сочетание с неразрушительными инструментами: совмещение микросекции (для глубокого анализа причины) с рентгеновскими лучами (для быстрых массовых проверок) для покрытия всех сценариев дефекта.
5Промышленности с высокой надежностью нуждаются в микросекции: аэрокосмическая, медицинская и автомобильная отрасли полагаются на нее, чтобы соответствовать строгим стандартам (например, IPC-A-600) и обеспечить нулевые критические дефекты.

Обзор микросекции ПКБ: что это такое и почему это важно
Микросекция печатных плат - это метод деструктивного тестирования, который создает поперечное сечение печатных плат для проверки внутренних структур и дефектов.высокоразрешительный взгляд на слои, проемы, сварные соединения и медное покрытие, к которым не имеют доступа испытания на поверхности.

Что такое микросекция ПКБ?
Процесс включает в себя четыре основных этапа, каждый из которых требует точности, чтобы избежать повреждения образца или создания фальшивых дефектов:

1.Разрезание образцов: небольшой участок (обычно 5 ‰ 10 мм) отрезается с ПХБ, часто из районов с высоким риском (полоски, сварные соединения или подозрительные дефектные пятна) с помощью бриллиантовой пилы (для предотвращения изнашивания медных слоев).
2.Установка: Образец встраивается в эпоксидную или акриловую смолу для стабилизации ее при шлифовании/полировке (молоча предотвращает смещение или разрыв слоев).
3Смельчение и полировка: монтированный образец измельчается с помощью постепенно более мелких абразивов (от 80-х гравий до 0,3-микроновой пасты алюминия) для создания гладкого,зеркальная поверхность, которая показывает внутренние детали без царапин.
4Инспекция: металлографический микроскоп (до 1000 раз увеличения) или сканирующий электронный микроскоп (SEM) используется для анализа поперечного сечения, выявления дефектов или измерительных особенностей (например,толщина меди).

Совет для профессионалов: используйте тестовые купоны (маленькие, идентичные секции ПКБ, прикрепленные к главной плате) для микросекционирования, это позволяет избежать повреждения фактического продукта и одновременно подтверждает качество.

Почему микросекция необходима
Неразрушительные методы, такие как рентген или AOI, имеют свои ограничения: рентген может пропустить крошечные трещины или пустоты в покрытии, а AOI проверяет только поверхность печатного листа.

1.Открывает скрытые дефекты: обнаруживает микро-трещины (5 ‰ 10 μm), деламинацию (разделение слоев), пустоты покрытия и неправильно выровненные слои ‰ недостатки, которые вызывают внезапные сбои в критических приложениях (например,короткое замыкание ПКБ медицинского устройства из-за скрытых медных трещин).
2.Обеспечивает точные измерения: проверяет толщину медного покрытия (критически важно для мощности несущей ток), через наполнение бочки (для предотвращения потери сигнала) и выравнивание слоя (для избежания коротких шортов).
3Поддержка анализа причины: если ПКБ не работает, микросекция определяет точную проблему (например, трещина через плохую покрытие) и помогает исправить процесс проектирования или производства.
4Обеспечение соответствия: соответствует строгим отраслевым стандартам, таким как IPC-A-600 (приемлемость ПКБ) и IPC-6012 (квалификация жестких ПКБ), которые требуют доказательства внутреннего качества для продуктов с высокой надежностью.

Ключевые методы микросекции ПКБ: сравнение и случаи использования
Три основных метода доминируют в микросекции ПКБ: механическая резка, точная шлифовка/полировка и гравировка, каждая из которых оптимизирована для конкретных типов дефектов и целей инспекции.

1Механическое микросекционирование: для общего внутреннего контроля
Механическое микросекционирование является основой анализа поперечного сечения.что делает его идеальным для первоначального скрининга дефектов и проверки структуры слоев.

Подробности процесса
a.Разрезание: пила с бриллиантовым наконечником (с водяным охлаждением для предотвращения перегрева) разрезает образец. Слишком большое давление может раздавить проемы или создать поддельные трещины, поэтому операторы используют медленные, стабильные движения.
b.Установка: Образец помещается в форму с эпоксидной смолой (например, акриловой или фенольной смолой) и отверждается при 60°80°C в течение 1°2 часов. Жёсткость смолы (Shore D 80°90) обеспечивает стабильность во время шлифования.
c. Грубое шлифование: абразивное колесо с 80 ‰ 120 грамм удаляет избыточную смолу и сглаживает поверхность образца, что выявляет поперечное сечение ПХБ (слои, проемы, сварные соединения).

Лучшее для
a.Проверка общей структуры слоя (например: "Внутренние слои выровнены?").
b.Обнаружение крупных дефектов: деламинирование (разделение слоев), неполный пополнение или трещины соединительных сварных соединений.
c.Основные характеристики измерения: толщина меди (внешние слои) через диаметр бочки.

Плюсы и минусы

2. Точная шлифовка и полировка: для обнаружения крошечных дефектов
Точная шлифовка и полировка продвигают механическое микросекционирование еще дальше: они создают поверхность, свободную от царапин, которая выявляет микроскопические дефекты (до 5 мкм), такие как микро-трещины или полости покрытия.

Подробности процесса
1Прогрессивное шлифование: после грубого шлифования образец полируется более тонкими абразивами поэтапно:
a.240-400-жертвы: устраняет царапины от грубой шлифовки.
b.800-1200-grit: сглаживает поверхность для проверки с высоким увеличением.
c.1 ‰ 0,3-микронная паста из алюминия: создает зеркальную отделку (критически важна для обнаружения крошечных дефектов).
2Контролируемое давление: автоматические полировщики (например, Struers Tegramin) наносят давление 1020N. Постоянное давление избегает неровных поверхностей, которые скрывают дефекты.
3Очистка: пробку после каждого этапа протирают изопропиловым спиртом для удаления остатков абразива (остатки могут имитировать вакуумы покрытия).

Лучшее для
a.Обнаружение микродефектов: медно-микрополоски, крошечные вакуумы для покрытия или тонкие диэлектрические слои.
b.Высокая точность измерений: толщина медного слоя внутреннего слоя (точность ± 1 мкм) с использованием однородности облицовки стен.
c. ПХБ с высоким диапазоном диаметров: проверка микровиа (68 миллиметров) или стеклянных виа, где даже небольшие дефекты вызывают потерю сигнала.

Плюсы и минусы

3Этч: для раскрытия скрытых микроструктурных деталей
В гравировке используются химические вещества для выборочного удаления материала из полированного поперечного сечения, выделяя микроструктурные особенности (например,Полосы медной косточки) или скрытые дефекты, которые не могут быть обнаружены только полировкой.

Подробности процесса
1.Химический отбор: различные насытители нацелены на конкретные материалы:
a.Хлорид железа (FeCl3): наносит на медь гравировки, чтобы выявить границы зерна (полезно для обнаружения трещин на стрессе в следах меди).
b.Nital (азотная кислота + алкоголь): подчеркивает микроструктуры соединительных соединений сварки (например, "Правильно ли сплав сварки привязан к подложке?").
c. Плазменное гравирование: используется ионизированный газ для гравирования диэлектрических слоев (идеально подходит для HDI ПКБ с тонкими диэлектриками).
2Контролируемое применение: гравирующее средство наносится хлопковым тампоном в течение 5-30 секунд (время зависит от материала).
3Нейтрализация: образец промывается водой и сушится, чтобы остановить офортание. Остатки могут вызывать ложные дефекты (например, пятна воды, имитирующие пустоты).

Лучшее для
a.Обнаружение структуры зерна меди: выявление трещин на напряжении (часто встречающихся в гибких ПХБ), которые образуются вдоль границ зерна.
b.Проверка качества сварных соединений: проверка на наличие холодных соединений (зернистых сварных соединений) или пустоты сварных соединений.
c. Диэлектрические дефекты: обнаружение микропустоты в FR-4 или полиамидных слоях (которые вызывают потерю сигнала в высокоскоростных ПКБ).

Плюсы и минусы

Сравнительная таблица методов

Эффективность микросекции: решение проблем, недостатки и подготовка
Успех микросекции зависит от трех факторов: разрешения (насколько маленький дефект он может обнаружить), покрытия дефекта (какие дефекты он обнаруживает) и качества подготовки образца (избегание артефактов).

1Разрешение и точность: Видеть мельчайшие недостатки
Разрешение микросекции непревзойденное неразрушительными методами, при правильном подготовительном процессе она может обнаружить дефекты размером до 5-10 микрометров (примерно размером с красную кровяную клетку).Ключевые факторы, влияющие на разрешение:

a. Размер абразивного песка: 0,3-микронная паста (против 80-микронного песка) создает более гладкую поверхность, позволяющую увеличить ее в 1000 раз (открывая трещины 5 мкм).
b.Вид микроскопа: SEM (сканирующий электронный микроскоп) предлагает 10 раз лучшее разрешение, чем оптические микроскопы, идеально подходит для HDI PCB с микровиями.
c.Умение оператора: неустойчивое шлифование может создавать царапины (10-20 мкм), имитирующие дефекты. Обученные операторы уменьшают эту ошибку на 90%.

Сравнение разрешения: микросекция против рентгена

2Частые дефекты, обнаруженные с помощью микросекции
Микросекция обнаруживает дефекты, которые другие тесты не замечают.

3. Подготовка образцов: избегание искусств (поддельные дефекты)
Наибольший риск при микросекции заключается в создании артефактов/фальшивых дефектов, вызванных плохой подготовкой.

a. Раздавленные проемы: от чрезмерного давления во время резки.
b.Окрашивание: от пропуска стадии абразивного песка (например, прыжок с 80-го до 800-го).
c. Остатки от гравирования: от не нейтрализующих химических веществ (похожие на вакуумы от покрытия).

Лучшие методы предотвращения артефактов
1Использование бриллиантовых пил: избегает изнашивания медных слоев (в отличие от карбидных пил).
2Правильное монтирование образцов: убедитесь, что эпоксид полностью капсулирует образец (предотвращает смещение слоя).
3.Прогрессивно измельчать/полировать: никогда не пропускайте этапы гранатов. Каждый более тонкий гранец удаляет царапины от предыдущего.
4Контроль времени огранки: используйте таймер (5 ≈ 30 секунд) и немедленно нейтрализуйте.
5.Тщательно очистить: после каждого шага вытирать образцы изопропиловым спиртом для удаления остатков.

Случайное исследование: производитель медицинских изделий обнаружил "пустоты на PCB" после повторного осмотра с надлежащей полировкой (паста размером 0,3 микрона вместо 1200 гравий),"Пустоты" оказались только царапинами.Это спасло 100 тысяч долларов от отзыва.

Разрушительный против неразрушительного: микросекция против рентгеновского излучения
Микросекция разрушительна (она разрушает образец), в то время как рентген не разрушительный (он оставляет ПХБ нетронутым).Каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны..

1. сравнение по отдельности

2Дополнительное применение: микросекция + рентген
Для максимального покрытия дефектов используйте рентгеновские лучи для первоначального скрининга и микросекции для глубокого анализа:

a. Первый рентген: сканирование более 100 ПХБ в час для выявления очевидных дефектов (например, пустоты в BGA-полейке, отсутствующие каналы).
b.Пробы проблем с микросекцией: для ПХБ, отмеченных рентгеновскими лучами, разрезать поперечное сечение до:
Подтвердите дефект (например, "Это пустота сварки настоящая или ложное рентгеновское чтение?").
Найдите причину (например, "Пустота вызвана плохим выравниванием шаблона во время сварки").
c. Подтвердить исправления: после корректировки производственного процесса (например, фиксации выравнивания штемпеля) использовать микросекцию, чтобы подтвердить исчезновение дефекта.

Пример: поставщик автомобильной промышленности использовал рентгеновские лучи, чтобы обнаружить, что 10% их ЭСУ имели пустоты в сварке BGA.Микросекция показала, что пустоты были вызваны недостаточным временем повторного потока. Регулирование печи для повторного потока решило проблему, и микросекция подтвердила нулевую пустоту в следующей партии.

Сценарии применения: где микросекция добавляет наибольшую ценность
Микросекция имеет решающее значение в трех ключевых сценариях: обеспечение качества, анализ неисправностей и высоконадежные отрасли.
1Обеспечение качества (QA)
Микросекция обеспечивает соответствие ПХБ спецификациям конструкции и отраслевым стандартам:

a.Проверка соответствия: Доказывает соответствие стандарту IPC-A-600 (например, "Текщина медного покрытия составляет 25 мкм, как требуется").
b.Квалификация поставщика: проверяет, соответствуют ли ПХБ нового поставщика вашим стандартам (например, "Имеют ли их микрополоски HDI пустоты <5%?").
c. Отбор образцов по партиям: случайная микросекция 1 ‰ 5% производственных партий для улавливания процесса дрейфа (например, "Текщина пластинки снизилась до 20 μm ≈ регулируйте резервуар для электропластинки").

2Анализ неисправностей (FA)
Когда ПХБ не работает, микросекция - это самый быстрый способ найти причину:

a.Ошибки поля: микросекция микросхемы ПКБ медицинского монитора показала скрытую трещину меди (вызываемую тепловым циклом), которую рентген не заметил.
b.Дефекты проектирования: ПКБ нового датчика IoT имел потерю сигнала.
c.Ошибки в производстве: у партии ПХБ была деламинированная микросекция, которая прослеживает ее до истекшего срока действия эпоксида при ламинировании.

3Промышленность высокой надежности
В отраслях, где безопасность имеет первостепенное значение, для устранения критических дефектов используется микросекция:

a.Аэрокосмическая промышленность: микросекции каждого PCB для спутниковых систем для обеспечения отсутствия деламинации (которая может не сработать в космосе).
b.Medical: проверяет имплантируемые устройства PCB (например, кардиостимуляторы), чтобы обеспечить нулевые пустоты покрытия (которые вызывают короткое замыкание).
в.Автомобильные: использует микросекцию для ПКБ ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) даже крошечная трещина в сварке может вызвать столкновение.

Как выбрать правильный метод микросекции
Следуйте следующим шагам, чтобы выбрать наилучший метод для ваших потребностей:

1Определите свои слабости
a.Общие проверки слоев: Использование механического микросекционирования (быстрое, недорогое).
b.Небольшие дефекты (например, микро-трещины): Используйте точную шлифовку + полировку (высокое разрешение).
c. Проблемы со сварным соединением или медным зерном: добавить гравировку полированным образцам.

2Рассмотрим сложность ПХБ.
Простые жесткие печатные платы: достаточно механического микросекционирования.
b.HDI или гибкие печатные пластинки: требуется точное измельчение + SEM (для проверки микровиа или трещин зерна).

3. Оценить затраты и время
a.Низкий бюджет/быстрые результаты: механическое микросекционирование ($5$$20 за образец, 1$2 часа).
b.Высокая точность/сложные печатные платы: точное измельчение + SEM ($20$50$ за образец, 3$4 часа).

4. В паре с неразрушающими инструментами
a.Общие проверки: сначала используйте рентгеновские лучи для выявления хороших ПХБ.
b.Глубокий анализ: микросекция только рентгеновские знаки ПХБ как дефектные.

Частые вопросы
1Могу ли я повторно использовать ПХБ после микросекции?
Пробный пробник разрезают, измельчают и полируют, поэтому он не может быть использован в конечном продукте.

2Насколько маленький дефект может обнаружить микросекция?
С помощью точной шлифовки + SEM микросекция может обнаруживать дефекты размером до 5 мкм (примерно 1/20 ширины человеческого волоса).

3Когда мне следует использовать микросекцию вместо рентгена?
Используйте микросекцию, когда:

a.Вы должны видеть внутренние поперечные сечения (например, проверка с помощью покрытия).
b. Вы анализируете неисправный ПХБ (анализ причины).
c.Вы должны соответствовать строгим стандартам (например, IPC-A-600 для аэрокосмической отрасли).

Используйте рентгеновские лучи, когда:

a. Вам нужно быстро проверить более 100 ПХБ (общий контроль качества).
b.Вы не можете уничтожить PCB (например, дорогостоящие серверные платы).
c. Вы проверяете поверхностно-монтируемые компоненты (например, сварные соединения BGA).

4Мне нужна специальная подготовка для выполнения микросекции?
Да, необученные операторы создают артефакты (фальшивые дефекты) или образцы повреждений.

a.Безопасное использование алмазных пил и полировщиков.
b. Правильное эпоксидное монтирование и выбор абразивного материала.
c.Уход с гравирующими веществами (химическая безопасность).
d. Операция микроскопа (идентификация настоящих и поддельных дефектов).

5Сколько стоит оборудование для микросекции?
a.Основная установка (диамантовая пила + эпоксид + оптический микроскоп): ~$10 тыс.
b.Прецизионная установка (автоматическая полировка + SEM): ~ $50k$100k.
c.Внешний поставщик в лабораторию: $50$200$ за образец (без затрат на оборудование).

Заключение
Микросекция ПКБ незаменима для выявления скрытых дефектов и обеспечения надежности, особенно в отраслях промышленности, где отказ не является вариантом.Его способность обнаруживать 5 мкм дефектов (например, микро трещины или покрытия пустоты) и обеспечить прямое поперечное просмотр делает его золотым стандартом для анализа причины и соответствияОднако его эффективность зависит от выбора правильной техники (механическая для скорости, прецизионная шлифовка для мелких дефектов,и после строгих шагов подготовки образца, чтобы избежать артефактов.

Для достижения наилучших результатов используйте микросекцию с помощью неразрушающих инструментов, таких как рентген: рентгеном можно быстро проводить массовые проверки, в то время как микросекцией можно глубоко исследовать проблемные образцы.Это сочетание уменьшает пропущенные дефекты на 40% и гарантирует, что ПХБ соответствуют самым строгим стандартам (IPC-A-600)., MIL-STD-202).

Поскольку ПХБ становятся меньше (HDI, микровиа) и более критичными (аэрокосмические, медицинские), микросекция будет только расти в важности.и дополнительной стратегии тестирования, вы можете использовать микросекцию для создания ПХБ, которые более безопасны, надежные и свободны от скрытых дефектов, экономия времени, денег и репутации в долгосрочной перспективе.