X射线焊点图像和缺陷分析

       伴随着元器件封装的迅速发展，电子组装向着密、小、轻、薄的趋势发展，诸如BGA、Flip、Chip、CSP等高新封装技术的出现，使得表面安装电子组装变得更加复杂，也更具有挑战性，当然对于焊点的测试来说也更增添了难度。X射线焊点检测着重于焊点的物理结构测试，克服了其它测试方法的不足，可以达到满意的缺陷覆盖率，尤其是对于隐藏式焊点的测试更具有独到之处。本文展示了各种类型焊点在X射线下的图像，并对某些通常发生的缺陷作出一些分析。在目前实际的应用中，我们用到的表面安装封装形式无非有以下几种：片式元件、翼型引线元件、J型引线元件、格栅阵列等，由于各种焊点物理结构的差异，所以在X射线下各种焊点的图像也有所不同，从这些图像我们可以判断出焊点的焊接质量，并且可以作出工艺反馈，从而可实现对工艺进程的控制。常见的焊接缺陷主要有以下几种：桥接、开焊、锡不足、锡过量、对位不良、空洞、焊锡珠、元件或引脚丢失等，下面我就针对几大类焊点列出可能的X射线焊点图像，并对一睦缺陷焊点的图像作出一些粗略的分析，由于本人学识有限，仅供同时参考。一、 片式元件焊点片式元件常见的主要有：片式电阻、片式电容，这类元件只有两个焊端，焊点结构比较简单。由于各种片式元件本体材料的差异，片式电阻体在X射线下是能被全穿透的，只有两端铅锡焊点对X射线有阻挡作用；而X射线不能穿透材料，但是不能穿钽电容在阴极附近的某种特殊物质，依据这一原理，我们可以判断钽电容的极性是否正确，以及判断元件丢失的情况，则说明焊锡量越大。片式元件常见的缺陷主要有开焊、焊锡珠等几种，其它缺陷则出现的情况相对较少，通常这些常见缺陷很大程度上与焊接温度曲线、焊盘设计等因素有关，只要合理控制，基本上是可以避免的。二、 QFP & SOIC 翼型引线元件主要有两大类： QFP & SOIC，这两类焊点的图像除引线节距不同之外无其它区别，正常的合格焊点应在引跟部具有足够高度的焊锡，而对于引脚底部下焊盘结合面的中部位置应当具有良好的焊锡填充，至于引脚端部的焊锡一般认为可以不加考虑，因为它对于焊 点强度的影响无足轻重，按照三个部分的焊锡量以及焊点的长度，我们可以对焊点的质量进行评估。以下列出各种常见缺陷焊点的X射线图像，中实际应用中，对于某些要求不高的电子部品来说，“锡不足”的焊点缺陷有时可有考虑，但是焊点的焊锡量不能过少导致“开焊”缺陷的发生；同样对于“锡过量”也可以不考虑，但必须保证焊锡量不至于于过多而导致“桥接”。QFP & SOIC的“空洞”缺陷一般不存在，故未能提供X射线焊点图像。三、 PLCC & SOJ焊点 J型引线元件主要有PLCC和SOJ两大类，两者焊点图像相同，和QFP & SOIC的焊点力有相似，区别在于：由于J型引线元件的引结结构特点，焊点在引脚跟部和端部的焊量相差甚少，所以每个焊点图像的两端大小相差不多，灰度近似，焊点中部灰度最小。以下列 出J型引线元件常见缺陷几种焊点的X岩线图像，PLCC & SOJ的其它缺陷如“锡不足”和“锡过量”，对于要求不高的电子产品也可以不加考虑，其遵循的原则 和QFP & SOIC相同。“对位不良”缺陷对于J引线元件来说，单个引脚偏移的情况较少，“引脚或元件丢失”缺陷实际上是“开焊”的一种特殊情况，其X射线图像和QFP & SOIC的“开焊”图像非常类似。J型 引线元件的“空洞”缺陷很少发生，在此不作讨论。四、 BGA焊点 BGA的隐藏式焊点目前只能用X射线进行检测，尚未有更好的检测方法。在实际测试过程 中，也正是利用这引起圆的特征尺寸 以及灰度的变化来对BGA焊点质量进行评估。 BGA的“桥接”一般不容易发生，但在有些情况下，比如印膏时的桥接、贴片的BGA的大位移导致的焊膏桥接以及因焊接温度曲线设置不当引起焊膏内气泡迸溅等原因形成“桥接”缺陷，这种缺陷在X射线下是非常容易识别的，目前一般的X射线设备都能对BGA的“桥接”进行检测。 BGA的“对位不良”问题一般认为不存在，在实际生产中也很少遇到这种情况，主要原因在于BGA焊点具有的自对中特性，在焊点处于回流状态时，由于焊点表面张力的作用可以使BGA小位移的情况下复位，有人认为最大可允许1/2节距的位置偏移，但在实际生产中绝不推荐如引做法，下BGA 自行纠正位置特性相关的因素很多，不能以偏概全。 BGA的“锡过量”通常认为只要不构成“桥接”，就不算是焊点缺陷。BGA的“锡不足”，形成原因 往往与印膏有关，通常BGA对于焊膏的均一性要求严格，至少保证每个BGA焊球与焊膏的充电接触，否则会促使BGA“开焊”的形成。BGA“开焊”的形成原因很复杂，最常见的是因焊锡量的减少引起的，BGA“开焊”焊我们目前到的就有好几种，究其原因复杂多样，在此不作更深的阐述。 BGA“焊球丢失”的缺陷，我们也遇到过多次，其主要原因还是在感动贴片前的检查不够完全，当然现在很多贴片机已具有自动检测BGA焊球大小及共面性的能力，因此对于这种缺陷是完全可以避免 的；这种缺陷焊点在X射线下的图像非常直观，故在此不提供图像。 BGA的“空洞”的形成一焊接温度曲线有关，不合适的温度曲线，使得回流时在焊噗内部形成气泡，这种气泡的进三步扩大，可能还会形成相邻焊点的“桥接”或使“焊锡珠”的形成。 BGA的“焊锡珠”形成原因有多种，通常是焊膏特性曲线与焊接温度曲线不匹配引起，“焊锡珠”在X射线下的焊点图像很简单，在此不作更多叙述。以上对四大类焊点在X射线下的图像进行了罗列和粗略的分析，我认为：从测试的角度来说，X射线焊点检查是一种全新的测试概念，和传统的测试手段相比，它是一种比较先进的测试方法，它排除了以往测试的方法中对测试途径的种种限制，而又能得到满意的缺陷覆盖率，蛇的应用前景还是相当乐观的。