显微红外光谱法分析线路板失效原因1例

李静+姜旭菊+丁丽

[摘 要] 本文利用显微红外光谱法测试线路板上异物，进行实验，分析线路板失效原因。实验确认该黑色异物主成分与线路板上周边墨绿色油漆一致，异物来源于线路板制作使用防焊油墨，为干燥不良的“预烤”工艺后残留物。为减少线路板上异物，可以改善“预烤”工艺和修改防焊油墨的特性。

[关键词] 显微红外光谱；线路板失效；防焊油墨

中图分类号：O657 文献标识码： B 文章编号：2095-5200（2015）06-120-02

DOI：10.11876/mimt201506048

通常，电子组件是将器件焊接在印制电路板（PCB板）上，PCB板不但是电子元器件的支撑体，而且是电子元器件线路连接提供者，其中任何一部分出现问题都将直接导致电子组件失效，并最终影响整机质量和可靠性[1]。目前，大量新型器件使用高密度PCB板，由于工艺控制不当、设计等导致PCB板绝缘性失效和焊点疲劳失效，已成为影响电子组件可靠性主要因素。因此，准确判断失效机理和原因，成为避免失效关键[2-3]。

傅里叶变换红外显微镜通常用于固体样品微区分析[4]，也是电子及工业产品失效分析有力工具[5-6]。本文通过红外显微镜测试线路板上微小异物，迅速判断导致焊接不良原因。

1 仪器与方法

1.1 实验仪器

VERTEX 70傅里叶变换红外光谱仪由德国布鲁克公司生产。仪器光谱范围：8000～50 cm-1；分辨率：优于0.16 cm-1；波数精度：优于0.01cm-1；透光率精度：优于0.1%T。LUMOS 智能型红外显微镜德国布鲁克公司生产。

1.2 实验样品

失效线路板上异物平面示意图见图1，如图1（a）所示线路板主体由铜金属镀层和墨绿色油漆面组成，微小黑色异物在金属镀层上；图1（b）为黑色异物在显微镜下放大50倍后图像。

1.3 实验方法

本文被测物质面积250μm×260μm。以红外显微衰减全反射（ATR）模式测量。ATR 棱镜材料选用红外折射率最高的锗单晶材料，晶体尺寸为100μm，ATR视场从30μm ×30μm 变化到1.3mm ×1.3mm。

操作软件自动控制样品台移动，自动选择最佳压力测试位置。首先，采集可见光图像。然后，依次测量背景及样品信息。测量范围为4000～600 cm-1 ，MCT检 测 器，分 辨 率为4 cm-1，扫描次数为 64 次。

2 实验结果

用目镜选取线路板上两个圆点测试区域，分别在黑色异物区域选取一点；在线路板上墨绿色油漆面区域选取一点，具体测试位置如图2所示。

对比黑色异物与周边墨绿色油漆面测试谱图，可见两者谱峰基本吻合，从而得出黑色异物主体成分与周边墨绿色油漆面一致。检索测试黑色异物红外光谱，对应谱图3，得出含有聚乙烯丙酸酯、硫酸钡、硅酸镁。

3 结论

在线路板制作过程中为留出线路板上待焊通孔等位置，将所有线路及铜面都覆盖住，防止波焊时造成短路，节省焊锡用量，一般要用到防焊工艺涂防焊漆。防焊漆为液态防焊油墨，该油墨主成分含有树脂、填料、溶剂等。

防焊工艺流程包括铜面处理、印墨、预烤、曝光、显影、后烤。预考目的是赶走油墨中溶剂，使油墨部分硬化，不致在后一步“曝光”时粘板子。经红外显微镜检测，该线路板上黑色异物主体成分与线路板上周边墨绿色油漆面一致，说明该黑色异物可能是由于“预烤”工艺干燥不良造成。

建议确认“预烤”条件，并测量预烤烘箱作业过程中各区域之升温曲线，增加预烤维持时间，修改防焊油墨特性，减少线路板焊接不良现象，避免线路板失效发生。

参 考 文 献

[1] 邱宝军，罗道军，汪洋，等.军用电子组件（PCBA）失效分析技术与案例[J].环境技术，2010，（5）：44-49.

[2] 杨振国.印制电路板失效分析[J].金属热处理，2011，S1：17.

[3] 陶剑磊，方培源，王家楫，等.由版图引起的CMOS ESD保护电路失效的分析[J].半导体技术，2007，32（11）：1003-1006.

[4] 黄涛宏，吴天明，FTIR 显微镜/ATR物镜法检测圆珠笔迹研究，光谱学与光谱分析，2007，27（11）：2200-2202

[5] 曹珍年，黄洪，黎淑平，等.柔性电路粘法失效研究[J].华南理工大学学报，2000，28（3）：39.

[6] 黄洪，黎永津，杨卓如，等.显微红外技术研究微型马达上的污染物[J].广东化工，2001，29（2）：26-34.