PCB線路板品質(zhì)檢查及SMT貼片加工技術(shù)的缺失

(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、爆米花以及隱藏在BGA腹部底部的最常見的孔。下表顯示了可以實(shí)施各種檢查方法的場(chǎng)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(cè)各種隱藏的孔洞和層。這種SAM方法可分為A  (點(diǎn)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(jiǎn)圖；右邊的圖是編輯補(bǔ)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(duì)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(duì)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。銲點(diǎn)可以看出以下幾個(gè)方面：整體外觀、吃錫情況、銲點(diǎn)形狀、銲點(diǎn)表面花紋、助焊劑殘留等缺點(diǎn)。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(shí)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(shí)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(qiáng)度測(cè)量方法

利用專用螺絲刀旋轉(zhuǎn)時(shí)的扭矩，提起并撕開銲點(diǎn)，觀察其強(qiáng)度。雖然這種方法可以發(fā)現(xiàn)缺陷，如銲點(diǎn)浮動(dòng)，界面分裂，或焊接體開裂，但它并不適合薄板效果。

圖4，該圖說明了使用簡(jiǎn)單的手動(dòng)工具來檢測(cè)銲點(diǎn)強(qiáng)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(shí)，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，使各種銲點(diǎn)的裂紋和小孔被毛細(xì)管滲透，然后干燥。當(dāng)每個(gè)測(cè)試球腳被用力拉開或撬開時(shí)，可以檢查橫截面上是否有紅斑，并看到銲點(diǎn)的完整性。這種方法也稱為染料和撬，其染液也可以與熒光染料分開制備，這將更容易在紫外光環(huán)境中看到染料相。

圖5和這兩個(gè)圖說明了BGA的角球焊點(diǎn)是否有裂紋的證據(jù)。

二、球腳洞等缺點(diǎn)

(一)、銲點(diǎn)凹陷的成因

各種SMT焊膏形成的銲點(diǎn)必然會(huì)有大小不一的孔洞，尤其是BGA/CSP球腳型銲點(diǎn)的孔洞更多，經(jīng)過進(jìn)入高熱無鉛焊接后，孔洞的趨勢(shì)更加糟糕。調(diào)查其原因可分為幾類：

(1)有機(jī)材料：焊膏含有約10-12% wt的有機(jī)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(huì)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(huì)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(shí)，會(huì)立即產(chǎn)生IMC，焊接牢固。但是這種反應(yīng)會(huì)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(dòng)性會(huì)變得更差。因此，表面張力高的SAC305焊膏銲點(diǎn)中的有機(jī)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(diǎn)低于焊膏的熔點(diǎn)，空腔就會(huì)浮到球內(nèi)，聚集更多。接下來的兩個(gè)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(shí)，形成的氣泡會(huì)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(huì)減少；否則，縮錫或拒焊會(huì)導(dǎo)致氣泡聚集形成大洞。至于容易引起銲點(diǎn)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(jī)薄膜，可以用來防止銀變色；焊接時(shí)，銀層會(huì)迅速溶解在液態(tài)錫中，形成Ag3Sn5的IMC。殘留的有機(jī)膜在高熱下必然會(huì)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(huì)產(chǎn)生界面微孔，其膜厚不宜超過0.4 m

圖7。左邊是編輯器切到球腳下的大孔，右邊是PCB浸銀焊盤表面的接口微孔

圖8。浸銀鍍是在酸性鍍液的銅表面置換生成的膜。為了同時(shí)完成抗變色功能，在外表面附著一層有機(jī)分子薄膜，使銀表面不會(huì)過度變質(zhì)，影響可焊性。在隨后的焊接反應(yīng)中，中銀會(huì)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(jī)薄膜一旦遇到高熱，很可能會(huì)裂成無數(shù)個(gè)小空腔，專門稱為“香檳浸泡”。

(4)有時(shí)，焊盤面積較大時(shí)，更容易出現(xiàn)孔洞或微孔。此時(shí)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(jī)殘留膜。

(2)、空驗(yàn)收規(guī)范

球腳空隙太多會(huì)影響其導(dǎo)電性和傳熱，焊點(diǎn)可靠性不好。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(jì)算。事實(shí)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，在平面圖中，空腔的直徑不應(yīng)超過球體直徑的25%。中間的圖顯示，如果空腔直徑占球體直徑的35%，它大約等于墊表面面積的12%。右邊是配合專用軟件的新型X-Ray儀，可以測(cè)量球徑、空腔面積、單個(gè)大孔等數(shù)據(jù)。

(3)、空心分類

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(huì)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(dòng)調(diào)整或焊接時(shí)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(qiáng)的強(qiáng)度。這種缺陷只能用光學(xué)顯微鏡和顯微切片仔細(xì)檢查。