顯微紅外光譜法分析線路板失效原因1例

李靜+姜旭菊+丁麗

[摘 要] 本文利用顯微紅外光譜法測試線路板上異物，進行實驗，分析線路板失效原因。實驗確認該黑色異物主成分與線路板上周邊墨綠色油漆一致，異物來源于線路板制作使用防焊油墨，為干燥不良的“預烤”工藝后殘留物。為減少線路板上異物，可以改善“預烤”工藝和修改防焊油墨的特性。

[關鍵詞] 顯微紅外光譜；線路板失效；防焊油墨

中圖分類號：O657 文獻標識碼： B 文章編號：2095-5200（2015）06-120-02

DOI：10.11876/mimt201506048

通常，電子組件是將器件焊接在印制電路板（PCB板）上，PCB板不但是電子元器件的支撐體，而且是電子元器件線路連接提供者，其中任何一部分出現問題都將直接導致電子組件失效，并最終影響整機質量和可靠性[1]。目前，大量新型器件使用高密度PCB板，由于工藝控制不當、設計等導致PCB板絕緣性失效和焊點疲勞失效，已成為影響電子組件可靠性主要因素。因此，準確判斷失效機理和原因，成為避免失效關鍵[2-3]。

傅里葉變換紅外顯微鏡通常用于固體樣品微區分析[4]，也是電子及工業產品失效分析有力工具[5-6]。本文通過紅外顯微鏡測試線路板上微小異物，迅速判斷導致焊接不良原因。

1 儀器與方法

1.1 實驗儀器

VERTEX 70傅里葉變換紅外光譜儀由德國布魯克公司生產。儀器光譜范圍：8000～50 cm-1；分辨率：優于0.16 cm-1；波數精度：優于0.01cm-1；透光率精度：優于0.1%T。LUMOS 智能型紅外顯微鏡德國布魯克公司生產。

1.2 實驗樣品

失效線路板上異物平面示意圖見圖1，如圖1（a）所示線路板主體由銅金屬鍍層和墨綠色油漆面組成，微小黑色異物在金屬鍍層上；圖1（b）為黑色異物在顯微鏡下放大50倍后圖像。

1.3 實驗方法

本文被測物質面積250μm×260μm。以紅外顯微衰減全反射（ATR）模式測量。ATR 棱鏡材料選用紅外折射率最高的鍺單晶材料，晶體尺寸為100μm，ATR視場從30μm ×30μm 變化到1.3mm ×1.3mm。

操作軟件自動控制樣品臺移動，自動選擇最佳壓力測試位置。首先，采集可見光圖像。然后，依次測量背景及樣品信息。測量范圍為4000～600 cm-1 ，MCT檢 測 器，分 辨 率為4 cm-1，掃描次數為 64 次。

2 實驗結果

用目鏡選取線路板上兩個圓點測試區域，分別在黑色異物區域選取一點；在線路板上墨綠色油漆面區域選取一點，具體測試位置如圖2所示。

對比黑色異物與周邊墨綠色油漆面測試譜圖，可見兩者譜峰基本吻合，從而得出黑色異物主體成分與周邊墨綠色油漆面一致。檢索測試黑色異物紅外光譜，對應譜圖3，得出含有聚乙烯丙酸酯、硫酸鋇、硅酸鎂。

3 結論

在線路板制作過程中為留出線路板上待焊通孔等位置，將所有線路及銅面都覆蓋住，防止波焊時造成短路，節省焊錫用量，一般要用到防焊工藝涂防焊漆。防焊漆為液態防焊油墨，該油墨主成分含有樹脂、填料、溶劑等。

防焊工藝流程包括銅面處理、印墨、預烤、曝光、顯影、后烤。預考目的是趕走油墨中溶劑，使油墨部分硬化，不致在后一步“曝光”時粘板子。經紅外顯微鏡檢測，該線路板上黑色異物主體成分與線路板上周邊墨綠色油漆面一致，說明該黑色異物可能是由于“預烤”工藝干燥不良造成。

建議確認“預烤”條件，并測量預烤烘箱作業過程中各區域之升溫曲線，增加預烤維持時間，修改防焊油墨特性，減少線路板焊接不良現象，避免線路板失效發生。

參 考 文 獻

[1] 邱寶軍，羅道軍，汪洋，等.軍用電子組件（PCBA）失效分析技術與案例[J].環境技術，2010，（5）：44-49.

[2] 楊振國.印制電路板失效分析[J].金屬熱處理，2011，S1：17.

[3] 陶劍磊，方培源，王家楫，等.由版圖引起的CMOS ESD保護電路失效的分析[J].半導體技術，2007，32（11）：1003-1006.

[4] 黃濤宏，吳天明，FTIR 顯微鏡/ATR物鏡法檢測圓珠筆跡研究，光譜學與光譜分析，2007，27（11）：2200-2202

[5] 曹珍年，黃洪，黎淑平，等.柔性電路粘法失效研究[J].華南理工大學學報，2000，28（3）：39.

[6] 黃洪，黎永津，楊卓如，等.顯微紅外技術研究微型馬達上的污染物[J].廣東化工，2001，29（2）：26-34.