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PCB線路板品質(zhì)檢查及SMT貼片加工技術(shù)的缺失

2020-10-13 17:20:38
一、質(zhì)量檢查
(一)、x光攝像
組裝后,利用X-Ray可以看到搭橋, 開路,焊料不足、焊料過多、落球、焊料流失、爆米花以及BGA腹部底部最常見的隱藏焊點孔。下表顯示了可以實施各種檢查方法的場合和功效。
(2)掃描超聲顯微鏡
SAM掃描可用于檢查成品組裝板的各種隱藏情況,包裝行業(yè)用于檢測各種隱藏的孔洞和層。這種SAM方法可分為A  (點狀)、B(線性)、C(平面)三種掃描成像模式,其中最常用的是C-SAM平面掃描儀。
圖1,左圖是SAM原理簡圖;右邊的圖是編輯補充的C-SAM攝影圖。
表面貼裝芯片加工
(3)側(cè)視銳利法
該方法可用于對局限于死區(qū)的小物體進(jìn)行光學(xué)放大的側(cè)面目視檢查。BGA的球腳焊接可以用來檢查外環(huán)。這種方法是用棱鏡旋轉(zhuǎn)90的鏡頭進(jìn)行對焦,然后用高分辨率的CCD進(jìn)行畫面?zhèn)鬏?。放大倍?shù)在50倍到200倍之間,也可以進(jìn)行正片和逆光觀察??梢姷暮更c包括:整體外觀、耗錫量、焊點形狀、焊點表面圖案、助焊劑殘留等缺點。但這種方法看不到BGA的內(nèi)球,需要用很細(xì)的光纖管內(nèi)窺鏡伸入腹部直接觀察。但是,雖然想法好,但是不實用,而且貴,容易壞。
圖2,左邊是沿邊緣抓圖的側(cè)視圖放大鏡,右邊是纖維管內(nèi)窺鏡放大鏡伸入腹底直接觀察的實際情況。
圖3,左邊是側(cè)視圖顯微鏡外圍球腳的放大圖;右圖是編輯添加高鉛非侏儒球腳完成焊接的圖片。
(4)、螺絲刀強度測量方法
利用專用螺絲刀旋轉(zhuǎn)時的扭矩,提起并撕開焊點,觀察其強度。雖然這種方法可以找出銲點浮離, 介面開裂或焊縫開裂等缺陷,但對薄板效果不好。
圖4。此圖說明了使用簡單的手工工具來測試焊點的強度。
(5)顯微切片法
這種方法不僅需要各種各樣的樣品制備設(shè)施,還需要高超的技巧和豐富的解釋知識,以便用破壞性的方法找出正確的問題。
(6)滲透染色法(俗稱紅墨水法)
將樣品浸入稀釋的特殊紅色染料溶液中,使各種焊點的裂紋和小孔被毛細(xì)管滲透,然后干燥。當(dāng)每個測試球腳被強力拉開或撬開時,可以檢查橫截面是否有紅斑,并查看焊點的完整性。這種方法也叫Dye  and  Pry,其染液也可以用熒光染料分別配制,這樣在紫外光環(huán)境下會更容易看到染料相。
圖5和這兩個圖說明了BGA的角球焊點是否有裂紋的證據(jù)。
二、球腳洞等缺點
(一)、銲點凹陷的成因
各種SMT焊膏形成的銲點必然會有大小不一的孔洞,尤其是BGA/CSP球腳型銲點的孔洞更多,經(jīng)過進(jìn)入高熱無鉛焊接后,孔洞的趨勢更加糟糕。調(diào)查其原因可分為幾類:
(1)有機材料:焊膏含有約10-12% wt的有機物,其中更多的助焊劑影響最大,各種助焊劑的開裂和析氣程度不同,所以最好的政策是選擇析氣率較小的。其次,高溫下的焊劑會附著在焊料表面的氧化物上,所以那些能快速去除氧化物的人可以減少空洞的形成。由于無鉛焊接性不好,也會使空洞惡化。
(2)焊料:當(dāng)熔化的焊料接觸到干凈的待焊接表面時,會立即產(chǎn)生IMC,焊接牢固。但是這種反應(yīng)會受到焊料表面張力的影響,表面張力越高的焊料內(nèi)聚力越大,因此向外膨脹所需的附著力或流動性會變得更差。因此,表面張力高的SAC305焊膏銲點中的有機物或氣泡無法從焊料本體中逸出,只能滯留在本體內(nèi)而變得中空。首先,一旦焊球的熔點低于焊膏的熔點,空腔就會浮到球內(nèi),聚集更多。接下來的兩個圖是他們想法的圖解
圖6和右圖顯示,當(dāng)焊球先熔化,焊膏后熔化時,形成的氣泡會漂浮到球體中。
(3)表面處理:如果焊盤表面處理的薄膜容易沾錫,其空隙會減少;否則,縮錫或拒焊會導(dǎo)致氣泡聚集形成大洞。至于容易引起銲點開裂的界面微孔,浸鎮(zhèn)和銀較為常見。銀,表面有一層透明的有機薄膜,可以用來防止銀變色;焊接時,銀層會迅速溶解在液態(tài)錫中,形成Ag3Sn5的IMC。殘留的有機膜在高熱下必然會開裂,變成微孔,專門稱為“香檳浸泡”。所以已知銀層不宜過厚,宜小于0.2  m,OSP過厚也會產(chǎn)生界面微孔,其膜厚不宜超過0.4 m
圖7。左邊是編輯切到球腳下的大孔,右邊是浸在銀的PCB表面的接口微孔
圖8。浸鍍銀是通過在酸性鍍液的銅表面進(jìn)行置換而產(chǎn)生的膜。為了同時實現(xiàn)抗變色功能,有機分子薄膜附著在外表面上,使得銀表面不會過度惡化而影響可焊性。在隨后的焊接反應(yīng)中,銀會迅速溶解到液態(tài)鈸中,形成Ag3Sn5片狀I(lǐng)MC。留在界面上的有機薄膜一旦遇到高熱,很可能會裂成無數(shù)個小洞,專門稱為‘香檳泡泡擦’。
(4)有時,焊盤面積較大時,更容易出現(xiàn)孔洞或微孔。此時可采用劈裂法增加幾條出氣溝,或印刷綠色油漆十字準(zhǔn)線,方便氣體逸出,避免出現(xiàn)孔洞。至于微盲孔造成的空洞,電鍍銅孔是最好的選擇。減少空隙的其他有效方法是避免焊膏吸水,防止銅表面過度粗糙或有機殘留膜。
(2)、空驗收規(guī)范
球腳上太多的空隙會影響它的導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性,而且銲點的可靠性也不好。在下表中,平面圖截面中空腔直徑的允許接受上限為球體直徑的25%,這25%的直徑約為總接觸面積的6%,大小空腔必須一起計算。事實上,球銷與載板或電路板的上下焊盤之間的界面空隙是導(dǎo)致開裂的主要原因。
圖9和左圖顯示空腔的直徑不應(yīng)超過球直徑的25%
BGA孔根據(jù)位置和來源可以分為五類。憑良心說,上表孔的分類很粗糙,以后肯定會修改。
(4)搭橋
球腳之間搭橋短路的原因可能包括焊膏印刷不良、組件放置不正確、放置后手動調(diào)整或焊接時濺錫。開口的原因是焊膏印刷不良、放置后轉(zhuǎn)移、共面性差或板面焊盤焊接不良等。
(5)冷子彈
冷焊的主要原因是:熱量不足,焊料與焊接表面之間沒有形成IMC,或者IMC的數(shù)量和厚度不足,不能顯示出很強的強度。這種缺陷只能用光學(xué)顯微鏡和顯微切片仔細(xì)檢查

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