PCB失效分析與可靠性測試

第 1 章 PCB 錶面處理分析技術與案例分析 1
1.1 PCB 錶面分析常用技術.................................................... 1
1.1.1 金相顯微鏡分析技術 ........................................................................ 1
1.1.2 掃描電子顯微鏡（SEM）及能譜（EDS）分析技術.....................4
1.1.3 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析技術 ....................................... 9
1.1.4 顯微切片（Microsectioning）技術.................................................13
1.2 化學鍍鎳浸金（ENIG）錶面處理 ....................................... 14
1.2.1 ENIG 介紹 ........................................................................................ 14
1.2.2 ENIG 鎳腐蝕機理和分析方法........................................................17
1.2.3 ENIG 工藝流程案例分析................................................................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 鋁線鍵合失效案例分析.......................................................62
1.3 化學鍍鎳鍍鈀浸金（ENEPIG）錶面處理.............................65
1.3.1 ENEPIG 介紹.................................................................................... 65
1.3.2 ENEPIG 鎳腐蝕產生的原理 ...........................................................68
1.3.3 ENEPIG 工藝流程失效案例分析...................................................70
1.3.4 ENEPIG 鍵合失效案例分析 ...........................................................72
1.4 有機可焊性保護層（OSP）錶面處理 ..................................75
1.4.1 OSP 介紹........................................................................................... 75
1.4.2 OSP 工藝流程常見問題分析..........................................................77
1.4.3 OSP 焊接不良失效案例分析..........................................................83
1.5 浸錫（ImSn）錶面處理................................................... 91
1.5.1 浸錫介紹........................................................................................... 91
1.5.2 浸錫工藝流程常見問題分析..........................................................95
1.5.3 浸錫焊接不良失效案例分析..........................................................99
1.6 浸銀（ImAg）錶面處理................................................. 103
1.6.1 浸銀介紹.........................................................................................103
1.6.2 浸銀工藝流程常見問題分析........................................................105
1.6.3 浸銀焊接不良失效案例分析........................................................117
1.7 電鍍鎳 / 金（錶面處理）..................................................118
1.7.1 電鍍鎳 / 金介紹 .............................................................................118
1.7.2 電鍍鎳 / 金焊接不良失效案例分析.............................................119
1.8 熱風整平（HASL）焊錫錶面處理 .................................... 124
1.8.1 熱風整平焊錫 .................................................................................124
1.8.2 熱風整平焊錫工藝流程案例分析................................................125
1.8.3 熱風整平焊錫焊接不良失效案例分析........................................128
參考文獻............................................................................131
第 2 章 PCB 內層互連缺陷分析 133
2.1 導言 ......................................................................... 133
2.2 ICD 分析技術的介紹 .................................................... 134
2.2.1 微切片技術 ....................................................................................134
2.2.2 化學微蝕技術 ................................................................................134
2.2.3 電解拋光技術 ................................................................................136
2.2.4 離子研磨技術 ................................................................................137
2.2.5 聚焦離子束技術 ............................................................................143
2.2.6 聯合分析技術 ................................................................................152
2.3 ICD 分析新技術 ........................................................... 159
參考文獻........................................................................... 160

第 3 章 PCB 熱分析技術.................................................161
3.1 差示掃描量熱儀（DSC）檢測與分析................................161
3.1.1 DSC 儀器檢測原理........................................................................161
3.1.2 DSC 的樣品制備和測量設定........................................................162
3.1.3 DSC 曲線的解釋 .............................................................................162
3.1.4 DSC 測定玻璃化轉變溫度............................................................165
3.1.5 DSC 測試應用案例........................................................................167
3.1.6 調制差示掃描量熱法（MDSC）概述..........................................173
3.1.7 MDSC 儀器的基本原理.................................................................173
3.1.8 MDSC 測試應用.............................................................................177
3.2 熱機械分析（TMA）檢測與分析 ..................................... 180
3.2.1 TMA 儀器測試原理 .......................................................................180
3.2.2 TMA 的樣品制備和測量設定.......................................................181
3.2.3 TMA 曲線的解釋 ...........................................................................181
3.2.4 玻璃化轉變溫度的測定和計算....................................................184
3.2.5 TMA 測試應用案例 .......................................................................188
3.3 動態熱機械分析儀（DMA）檢測與分析 ............................205
3.3.1 DMA 儀器測試原理.......................................................................205
3.3.2 DMA 的樣品制備和測量設定.......................................................208
3.3.3 DMA 曲線的解釋...........................................................................208
3.3.4 DMA 測試應用案例.......................................................................211
3.4 熱重分析法（TGA）檢測與分析...................................... 222
3.4.1 TGA 儀器測試原理........................................................................222
3.4.2 TGA 的樣品制備和測量設定 .......................................................223
3.4.3 TGA 曲線的解釋.............................................................................224
3.4.4 TGA 測試的應用案例....................................................................225

3.5 DMA 與 DSC、TMA 在熱分析中的聯合應用 ....................228
3.5.1 玻璃化轉變溫度測定比較............................................................228
3.5.2 DSC 曲線熱焓鬆弛........................................................................231
3.6 熱重 - 紅外聯用（TGA-FTIR）檢測與分析......................234
3.6.1 熱重 - 紅外聯用儀器測試原理....................................................234
3.6.2 TGA-FTIR 的樣品制備和測量設定.............................................235
3.6.3 TGA-FTIR 曲線的解釋.................................................................236
3.6.4 TGA-FTIR 測試應用案例.............................................................238
參考文獻...........................................................................242
第 4 章 X 射線與超聲波掃描技術在 PCB 無損檢測的應用........243
4.1 X 射線檢測 ................................................................243
4.1.1 X 射線的原理.................................................................................243
4.1.2 X 射線檢測 PCB 缺陷的案例 .......................................................246
4.1.3 X 射線 CT 的原理..........................................................................246
4.1.4 X 射線 CT 檢測 PCB 缺陷的案例.................................................250
4.2 超聲波掃描顯微鏡（SAM）檢測 .....................................258
4.2.1 超聲波檢測的基本原理................................................................258
4.2.2 超聲波掃描顯微鏡的應用............................................................260
4.2.3 超聲波掃描顯微鏡與 X 射線檢測的區別...................................262
參考文獻...........................................................................264
第 5 章 PCB 短路與燒板失效分析.....................................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 短路分析技術........................................................................266
5.1.3 PCB 短路案例分析........................................................................268
5.2 PCB 燒板失效分析....................................................... 271
5.2.1 PCB 燒板分析技術........................................................................271
5.2.2 燒板案例分析 ................................................................................271
5.2.3 PCB 燒板的分析和原因討論........................................................274
參考文獻...........................................................................275
Chapter 6
第 6 章 PCB 可靠性測試與失效分析..................................276
6.1 PCB 可靠性測試方法概述.............................................276
6.2 耐 CAF（導電陽極絲）測試案例與失效分析 .....................280
6.2.1 導言.................................................................................................280
6.2.2 耐 CAF 測試與失效分析案例.......................................................286
6.3 互連熱應力測試與失效分析.............................................326
6.3.1 互連熱應力測試概述 ....................................................................326
6.3.2 互連熱應力測試案例 ....................................................................329
6.4 溫度循環和耐熱沖擊測試與失效分析 .................................348
6.4.1 溫度循環和耐熱沖擊測試介紹....................................................348
6.4.2 溫度循環和耐熱沖擊分析案例....................................................350
參考文獻...........................................................................354