電子元件焊接質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)

王付軍

[摘要]從焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，介紹電子元件焊點(diǎn)質(zhì)量常用檢測(cè)技術(shù)方法，包括從目測(cè)、自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)、電氣檢測(cè)等，并分析各種檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，指出焊接質(zhì)量檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]焊接 AOI SMT 檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TN6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0220123－01

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子產(chǎn)品的功能越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜，使用元件的體積越來(lái)越小，無(wú)引線或引線很短的元器件貼片元器件的出現(xiàn)了，表面貼裝器件(SMT)本身的體積也越來(lái)越小，引腳和走線越來(lái)越密，使組裝板尺寸越來(lái)越小，同時(shí)產(chǎn)品的焊接技術(shù)已發(fā)生了新的變化。因此焊接質(zhì)量已成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，焊接質(zhì)量的檢測(cè)越來(lái)越重要，也越來(lái)越復(fù)雜。計(jì)算機(jī)、光學(xué)、圖像處理技術(shù)的飛躍發(fā)展為自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

二、電子元件焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

焊點(diǎn)質(zhì)量要求為：（1）表面潤(rùn)濕程度。熔融焊料在被焊金屬表面上應(yīng)鋪展，并形成完整、均勻、連續(xù)的焊層，其接觸角應(yīng)不大于90度；（2）焊料量。焊料量應(yīng)適中，避免過(guò)多或過(guò)少；（3）焊點(diǎn)表面。焊點(diǎn)表面應(yīng)完整、連續(xù)和圓滑，但不要求極光亮的外觀；（4）焊點(diǎn)位置。元器件的焊端或引腳在焊盤上的位置偏差，應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。

三、常見檢測(cè)方法

焊點(diǎn)質(zhì)量常用檢測(cè)方法有破壞性，非破壞性和環(huán)境檢測(cè)三種，如表1-1所示。

（一）目測(cè)法

目視檢測(cè)是常用的一種非破壞檢測(cè)方法，可用萬(wàn)能投影儀和十倍放大鏡進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)速度和精度和檢測(cè)人員能力有關(guān)。人工視覺檢查對(duì)防止焊點(diǎn)失效非常重要，特別是在短期應(yīng)用中，但是人工視覺檢查卻無(wú)法有效地發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)缺陷。在使用MIL檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)代，要檢查產(chǎn)品的可靠性是徒勞的，據(jù)分析，幾乎50%的焊點(diǎn)失效都是現(xiàn)場(chǎng)失效，即它們都通過(guò)了主觀性人工視覺檢查工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

人工目測(cè)檢驗(yàn)可以觀測(cè)的焊點(diǎn)缺陷情況包括：漏焊、錯(cuò)焊、橋連、錯(cuò)位、焊膏未熔化等，具有較強(qiáng)的靈活性。對(duì)檢測(cè)者的能力有一定要求，具有較大的主觀性，可重復(fù)性也較差。

（二）自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)

隨著器件封裝尺寸的減小和印制電路板(PCB)貼片密度的增加，SMA檢查難度越來(lái)越高，人工目測(cè)的穩(wěn)定性和可靠性都難以滿足生產(chǎn)和質(zhì)量控制的需要，越來(lái)越小的PCB特性使手工檢查不可靠，人力檢查的可重復(fù)性水平低，視覺疲勞不可避免地導(dǎo)致疏忽缺陷。因此，采用專用檢查儀器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)就越來(lái)越重要。首先用于生產(chǎn)實(shí)際的檢測(cè)儀器是光學(xué)儀器，這類儀器的一個(gè)共同特點(diǎn)是，通過(guò)光源對(duì)SMA進(jìn)行照射，用光學(xué)鏡頭將SMA反射光進(jìn)行采集和運(yùn)算，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)處理，從而判斷SMA上的元件位置及焊接情況。這類設(shè)備稱為自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)設(shè)備。AOI可以應(yīng)用于SMT生產(chǎn)線的多個(gè)環(huán)節(jié)，從而產(chǎn)生最好的質(zhì)量檢測(cè)和控制效果。

AOI的基本原理是用光學(xué)手段獲取被測(cè)物圖形，一般通過(guò)一傳感器（攝像機(jī)）獲得檢測(cè)物的照明圖像并數(shù)字化，然后以某種方法進(jìn)行比較、分析、檢驗(yàn)和判斷，相當(dāng)于將人工目視檢測(cè)自動(dòng)化、智能化。

（三）X-Ray檢測(cè)

X-Ray檢測(cè)是利用X射線可穿透物質(zhì)并在物質(zhì)中有衰減的特性來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷，主要檢測(cè)焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷，如BGA、CSP和FC焊點(diǎn)等。目前X射線設(shè)備的X光束斑一般在1～5μm范圍內(nèi)，不能用來(lái)檢測(cè)亞微米范圍內(nèi)的焊點(diǎn)微小開裂。

（四）超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)利用超聲波束能透入金屬材料的深處，由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢測(cè)焊點(diǎn)的缺陷。來(lái)自焊點(diǎn)表面的超聲波進(jìn)入金屬內(nèi)部，遇到缺陷及焊點(diǎn)底部時(shí)就會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，將反射波束收集到熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)波形的特點(diǎn)來(lái)判斷缺陷的位置、大小和性質(zhì)。超聲波檢驗(yàn)具有靈敏度高、操作方便、檢驗(yàn)速度快、成本低、對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)缺陷進(jìn)行定性和定量判定目前尚存在困難。

掃描超聲波顯微鏡(C-SAM)主要利用高頻超聲（一般為100MHz以上）在材料不連續(xù)的地方界面上反射產(chǎn)生的位相及振幅變化來(lái)成像，是用來(lái)檢測(cè)元器件內(nèi)部的分層、空洞和裂紋等一種有效方法。采用微聲像技術(shù)，通過(guò)超聲換能器把超聲脈沖發(fā)射到元件封裝中，在表面和底板這一深度范圍內(nèi)，超聲反饋回波信號(hào)以稍微不同的時(shí)間間隔到達(dá)轉(zhuǎn)化器，經(jīng)過(guò)處理就得到可視的內(nèi)部圖像，再通過(guò)選通回波信號(hào)，將成像限制在檢測(cè)區(qū)域，得到缺陷圖。一般采用頻率從100MHz到230MHz，最高可達(dá)300MHz，檢測(cè)分辨率也相應(yīng)提高。

（五）電氣檢測(cè)

電氣檢測(cè)是產(chǎn)品在加載條件下通電，以檢測(cè)是否滿足所要求的規(guī)范。它能有效地查出目視檢測(cè)所不能發(fā)現(xiàn)的微小裂紋和橋連等。檢測(cè)時(shí)可使用各種電氣測(cè)量?jī)x，檢測(cè)導(dǎo)通不良及在釬焊過(guò)程中引起的元器件熱損壞。前者是由微小裂紋、極細(xì)絲的錫蝕和松香粘附等引起，后者是由于過(guò)熱使元器件失效或助焊劑分解氣體引起元器件的腐蝕和變質(zhì)等。由于電氣檢測(cè)為離線檢測(cè)，不能及時(shí)地反饋信息。

四、檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)于小型企業(yè)，一般采用目測(cè)法，人工目測(cè)檢驗(yàn)可以觀測(cè)的焊點(diǎn)缺陷情況包括：漏焊、錯(cuò)焊、橋連、錯(cuò)位、焊膏未熔化等，具有較強(qiáng)的靈活性。對(duì)檢測(cè)者的能力有一定要求，具有較大的主觀性，可重復(fù)性也較差。

當(dāng)前應(yīng)用最廣的檢測(cè)技術(shù)是自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)，其發(fā)展趨勢(shì)是：

1．分類檢測(cè)，我們知道AOI在SMT流水線中放置的位置不同，檢測(cè)的重點(diǎn)就不同，并且不同的元件，要檢測(cè)的缺陷類型也不同，譬如說(shuō)焊點(diǎn)主要檢測(cè)的就是有無(wú)錫膏，是否多錫、少錫等，元件本體就要檢測(cè)是否缺件、偏移、錯(cuò)件等情況，帶有絲印的還要做OCV，IC要檢測(cè)是否有橋接等等，另外有一些三極管就要有極性檢測(cè)；這樣不同的檢測(cè)類型，就要選擇不同的檢測(cè)方法，不同的方法針對(duì)某種或者某幾種缺陷類型才能提高檢測(cè)效果，減少誤判。

2．Bad Mark的檢測(cè)，拼板與多MARK檢測(cè)，和BarCode等功能AOI要適應(yīng)印刷機(jī)的變化，像Bad Mark就可以不檢測(cè)，機(jī)器檢測(cè)到一塊PCB板就不印刷了，AOI也應(yīng)該檢測(cè)到Bad Mark就報(bào)出Bad Mark；另外某些印刷機(jī)可能是多板同時(shí)印刷的，像陰陽(yáng)板這樣的情況現(xiàn)在也比較常見，那么檢測(cè)的時(shí)候

AOI的程序就需要是兩個(gè)或者多個(gè)PCB的檢測(cè)程序同時(shí)運(yùn)行，才能達(dá)到要求；另外一個(gè)就是一些板子用條形碼來(lái)標(biāo)記板子，那么就需要AOI加入barcode功能來(lái)識(shí)別這些條形碼。這些功能都是為了適應(yīng)SMT行業(yè)變化和要求，給AOI帶來(lái)的一些發(fā)展。

五、總結(jié)

選用哪種檢測(cè)技術(shù)，要具體情況具體分析，各種檢測(cè)技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)。如應(yīng)用最多的AOI檢測(cè)技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和糾正缺陷，但只能檢查外觀缺陷。因此較好的解決方案是幾種檢測(cè)技術(shù)結(jié)合一起，就能達(dá)到較好的檢測(cè)效果。

參考文獻(xiàn)：

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