電子元件焊接質量檢測技術

王付軍

[摘要]從焊接質量標準出發，介紹電子元件焊點質量常用檢測技術方法，包括從目測、自動光學檢測、電氣檢測等，并分析各種檢測技術的優缺點，指出焊接質量檢測的發展趨勢。

[關鍵詞]焊接 AOI SMT 檢測

中圖分類號：TN6文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0220123－01

一、引言

隨著科學技術的進步，電子產品的功能越來越多，越來越復雜，使用元件的體積越來越小，無引線或引線很短的元器件貼片元器件的出現了，表面貼裝器件(SMT)本身的體積也越來越小，引腳和走線越來越密，使組裝板尺寸越來越小，同時產品的焊接技術已發生了新的變化。因此焊接質量已成為影響產品質量的關鍵因素，焊接質量的檢測越來越重要，也越來越復雜。計算機、光學、圖像處理技術的飛躍發展為自動檢測技術提供了技術基礎。

二、電子元件焊接質量標準

焊點質量要求為：（1）表面潤濕程度。熔融焊料在被焊金屬表面上應鋪展，并形成完整、均勻、連續的焊層，其接觸角應不大于90度；（2）焊料量。焊料量應適中，避免過多或過少；（3）焊點表面。焊點表面應完整、連續和圓滑，但不要求極光亮的外觀；（4）焊點位置。元器件的焊端或引腳在焊盤上的位置偏差，應在規定的范圍內。

三、常見檢測方法

焊點質量常用檢測方法有破壞性，非破壞性和環境檢測三種，如表1-1所示。

（一）目測法

目視檢測是常用的一種非破壞檢測方法，可用萬能投影儀和十倍放大鏡進行檢測，檢測速度和精度和檢測人員能力有關。人工視覺檢查對防止焊點失效非常重要，特別是在短期應用中，但是人工視覺檢查卻無法有效地發現焊點缺陷。在使用MIL檢驗標準的時代，要檢查產品的可靠性是徒勞的，據分析，幾乎50%的焊點失效都是現場失效，即它們都通過了主觀性人工視覺檢查工業標準。

人工目測檢驗可以觀測的焊點缺陷情況包括：漏焊、錯焊、橋連、錯位、焊膏未熔化等，具有較強的靈活性。對檢測者的能力有一定要求，具有較大的主觀性，可重復性也較差。

（二）自動光學檢測(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檢查難度越來越高，人工目測的穩定性和可靠性都難以滿足生產和質量控制的需要，越來越小的PCB特性使手工檢查不可靠，人力檢查的可重復性水平低，視覺疲勞不可避免地導致疏忽缺陷。因此，采用專用檢查儀器實現自動檢測就越來越重要。首先用于生產實際的檢測儀器是光學儀器，這類儀器的一個共同特點是，通過光源對SMA進行照射，用光學鏡頭將SMA反射光進行采集和運算，經計算機圖像處理系統處理，從而判斷SMA上的元件位置及焊接情況。這類設備稱為自動光學檢測(AOI)設備。AOI可以應用于SMT生產線的多個環節，從而產生最好的質量檢測和控制效果。

AOI的基本原理是用光學手段獲取被測物圖形，一般通過一傳感器（攝像機）獲得檢測物的照明圖像并數字化，然后以某種方法進行比較、分析、檢驗和判斷，相當于將人工目視檢測自動化、智能化。

（三）X-Ray檢測

X-Ray檢測是利用X射線可穿透物質并在物質中有衰減的特性來發現缺陷，主要檢測焊點內部缺陷，如BGA、CSP和FC焊點等。目前X射線設備的X光束斑一般在1～5μm范圍內，不能用來檢測亞微米范圍內的焊點微小開裂。

（四）超聲波檢測

超聲波檢測利用超聲波束能透入金屬材料的深處，由一截面進入另一截面時，在界面邊緣發生反射的特點來檢測焊點的缺陷。來自焊點表面的超聲波進入金屬內部，遇到缺陷及焊點底部時就會發生反射現象，將反射波束收集到熒光屏上形成脈沖波形，根據波形的特點來判斷缺陷的位置、大小和性質。超聲波檢驗具有靈敏度高、操作方便、檢驗速度快、成本低、對人體無害等優點，但是對缺陷進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）在材料不連續的地方界面上反射產生的位相及振幅變化來成像，是用來檢測元器件內部的分層、空洞和裂紋等一種有效方法。采用微聲像技術，通過超聲換能器把超聲脈沖發射到元件封裝中，在表面和底板這一深度范圍內，超聲反饋回波信號以稍微不同的時間間隔到達轉化器，經過處理就得到可視的內部圖像，再通過選通回波信號，將成像限制在檢測區域，得到缺陷圖。一般采用頻率從100MHz到230MHz，最高可達300MHz，檢測分辨率也相應提高。

（五）電氣檢測

電氣檢測是產品在加載條件下通電，以檢測是否滿足所要求的規范。它能有效地查出目視檢測所不能發現的微小裂紋和橋連等。檢測時可使用各種電氣測量儀，檢測導通不良及在釬焊過程中引起的元器件熱損壞。前者是由微小裂紋、極細絲的錫蝕和松香粘附等引起，后者是由于過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等。由于電氣檢測為離線檢測，不能及時地反饋信息。

四、檢測技術的發展趨勢

對于小型企業，一般采用目測法，人工目測檢驗可以觀測的焊點缺陷情況包括：漏焊、錯焊、橋連、錯位、焊膏未熔化等，具有較強的靈活性。對檢測者的能力有一定要求，具有較大的主觀性，可重復性也較差。

當前應用最廣的檢測技術是自動光學檢測技術，其發展趨勢是：

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

2．Bad Mark的檢測，拼板與多MARK檢測，和BarCode等功能AOI要適應印刷機的變化，像Bad Mark就可以不檢測，機器檢測到一塊PCB板就不印刷了，AOI也應該檢測到Bad Mark就報出Bad Mark；另外某些印刷機可能是多板同時印刷的，像陰陽板這樣的情況現在也比較常見，那么檢測的時候

AOI的程序就需要是兩個或者多個PCB的檢測程序同時運行，才能達到要求；另外一個就是一些板子用條形碼來標記板子，那么就需要AOI加入barcode功能來識別這些條形碼。這些功能都是為了適應SMT行業變化和要求，給AOI帶來的一些發展。

五、總結

選用哪種檢測技術，要具體情況具體分析，各種檢測技術都有其優缺點。如應用最多的AOI檢測技術，優點是自動發現和糾正缺陷，但只能檢查外觀缺陷。因此較好的解決方案是幾種檢測技術結合一起，就能達到較好的檢測效果。

參考文獻：

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