PCB故障解析技術（2）
顕微鏡赤外分析
マイクロ赤外線分析は、赤外線スペクトルと顕微鏡を組み合わせた分析方法です。異なる材料（主に有機物質）による赤外線スペクトルの異なる吸収の原理を使用し、材料の化合物組成を分析し、顕微鏡を組み合わせて、可視光と赤外光を同じにします。視野は、分析する微量有機汚染物質を見つけることができます。顕微鏡を組み合わせない場合、通常、赤外スペクトルは大量のサンプルを含むサンプルのみを分析できます。電子プロセスの多くの場合、トレース汚染により、PCBパッドまたはリードピンのはんだ付け性が低下することがあります。顕微鏡の赤外線スペクトルなしではプロセスの問題を解決することは難しいと考えられます。マイクロ赤外線分析の主な目的は、溶接面または接合部の表面の有機汚染物質を分析し、腐食またははんだ付け性の不良の原因を分析することです。
走査電子顕微鏡分析
走査電子顕微鏡（SEM）は、故障解析に最も有用な大規模電子顕微鏡イメージングシステムの1つです。その動作原理は、陰極によって放出された電子ビームを使用して陽極によって加速され、磁気レンズによって集束されて、直径が数十から数十ミクロンのビームを形成することです。千オングストローム（A）は、特定の時間と空間のシーケンスでサンプル表面上をポイントごとにスキャンします。この高エネルギーの電子ビームは、サンプル表面に衝突すると励起されます。さまざまな情報が生成され、さまざまな対応するグラフィックスを収集して拡大した後、表示画面から取得できます。励起された二次電子は、サンプル表面で5〜10 nmの範囲で生成されます。したがって、二次電子はサンプル表面の形態をよりよく反映できるため、形態観察に最もよく使用されます。励起された後方散乱電子がサンプル表面に生成されます。 100〜1000nmの範囲では、材料の原子番号が異なるため、後方散乱電子のさまざまな特性が放出されます。したがって、後方散乱電子画像には、形態的特徴と原子番号を区別する能力があります。したがって、後方散乱電子画像は、成分の化学元素分布を反映できます。現在の走査型電子顕微鏡は非常に強力であり、微細構造や表面の特徴を数十万倍に拡大して観察および分析することができます。
PCBまたははんだ接合の故障解析の観点から、SEMは主に故障メカニズムの解析に使用されます。具体的には、パッド表面の形態、はんだ接合部の金属組織、金属間化合物の測定、はんだ付け可能なコーティングの観察に使用されます。錫ウィスカの分析と測定。光学顕微鏡とは異なり、走査型電子顕微鏡は電子画像であるため、白黒のみが存在し、走査型電子顕微鏡のサンプルは導電性である必要があり、非導電体と一部の半導体には金またはカーボンをスプレーする必要があり、そうしないと、サンプルの表面での電荷の蓄積がサンプルの観察に影響します。さらに、SEM画像の被写界深度は光学顕微鏡の被写界深度よりもはるかに大きく、金属組織、微小破壊、スズウィスカーなどの不均一なサンプルの重要な分析方法です。
X線エネルギースペクトル分析
上記のSEMには通常、X線分光計が装備されています。高エネルギーの電子ビームがサンプル表面に衝突すると、表面材料の原子内の内部電子が衝突して逃げます。外側の電子が低エネルギーレベルに移行すると、特性X線が励起され、異なる元素の異なる原子エネルギーレベルの特性が放出されます。 X線は異なるため、サンプルから放出される特性X線は化学組成として分析できます。同時に、特性波長または特性エネルギーとしてのX線信号の検出によると、対応する機器は分光分散分光計（分光計、WDSと略される）およびエネルギー分散分光計（エネルギー分光計、EDSと略される）と呼ばれます。分光計の分解能は分光計よりも高く、分光計の分析速度は分光計よりも高速です。エネルギー分光計は高速で低コストであるため、一般的なSEMはエネルギー分光計で構成されています。
電子ビームのさまざまなスキャン方法により、分光計は表面点分析、線分析、および表面分析を実行でき、さまざまな元素分布に関する情報を取得できます。ポイント分析は、ポイントのすべての要素を取得します。ライン分析は、指定されたラインで一度に1つの要素分析を実行し、複数のスキャンがすべての要素のライン分布を取得します。面積分析は、指定されたサーフェス内のすべての要素を分析し、測定された要素の内容は、測定面積範囲の平均です。
PCBの分析では、主にパッドの表面の成分分析、およびはんだ付け性の悪いパッドおよびリードピンの表面の汚染の元素分析にエネルギー分析計が使用されます。エネルギー分光計の定量分析の精度は制限されており、0.1％未満の含有量は一般に検出が容易ではありません。エネルギー分光法とSEMの組み合わせにより、表面形態と組成情報を同時に取得できるため、広く使用されています。