焊点质量检测方法

焊点质量检测办法1.1目视检测目视检测时最惯用的一种非破坏性检测办法，可用万能投影仪或10倍放大镜进行检测。检测速度和精度与检测人员能力有关，评价可按照下列基准进行：（1）湿润状态钎料完全覆盖焊盘及引线的钎焊部位，接触角最佳不大于20°，普通以不大于30°为原则，最大不超出60°。(2)焊点外观钎料流动性好，表面完整且平滑光亮，无针孔、砂粒、裂纹、桥连和拉尖等微小缺点。(3)钎料量钎焊引线时，钎料轮廓薄且引线轮廓明显可见。1.2电气检测电气检测是产品在加载条件下通电，以检测与否满足所规定的规范。它能有效地查出目视检测所不能发现的微小裂纹和桥连等。检测时可使用多个电气测量仪，检测导通不良及在钎焊过程中引发的元器件热损坏。前者是由微小裂纹、极细丝的锡蚀和松香粘附等引发，后者是由于过热使元器件失效或助焊剂分解气体引发元器件的腐蚀和变质等。1.3X-ray检测X-ray检测是运用X射线可穿透物质并在物质中有衰减的特性来发现缺点，重要检测焊点内部缺点，如BGA、CSP和FC焊点等。现在X射线设备的X光束斑普通在1-5μm范畴内，不能用来检测亚微米范畴内的焊点微小开裂。1.4超声波检测超声波检测运用超声波束能透入金属材料的深处，由一截面进入另一截面时，在界面边沿发生反射的特点来检测焊点的缺点。来自焊点表面的超声波进入金属内部，碰到缺点及焊点底部时就会发生反射现象，将反射波束收集到荧光屏上形成脉冲波形，根据波形的特点来判断缺点的位置、大小和性质。超声波检查含有敏捷度高、操作方便、检查速度快、成本低、对人体无害等优点，但是对缺点进行定性和定量鉴定尚存在困难。扫描超声波显微镜(C-SAM)重要运用高频超声(普通为100MHz以上)在材料不持续的地方界面上反射产生的位相及振幅变化来成像，是用来检测元器件内部的分层、空洞和裂纹等一种有效办法。采用微声像技术，通过超声换能器把超声脉冲发射到元件封装中，在表面和底板这一深度范畴内，超声反馈回波信号以稍微不同的时间间隔达成转化器，通过解决就得到可视的内部图像，再通过选通回波信号，将成像限制在检测区域，得到缺点图。普通采用频率从100MHz到230MHz，最高可达300MHz，检测分辨率也对应提高。1.5机械性破坏检测机械性破坏检测是将焊点进行机械性破坏，从它的强度和断裂面来检查缺点的。惯用的评价指标有拉伸强度、剥离强度和剪切强度。由于对全部的产品进行检测是不可能的，因此只能进行适量的抽检。l.6显微组织检测显微组织检测是将焊点切片、研磨、抛光后用显微镜来观察其界面，是一种发现钎料杂质、熔蚀、组织构造、合金层及微小裂纹的有效办法。焊点裂纹普通呈中心对称分布，因而应尽量可能沿对角线方向制样。显微组织检测和机械性破坏检测同样，不可能对全部的成品进行检测，只能进行适量的抽检。光学显微镜是最惯用的一种检测仪器，放大倍数普通达1000倍，能够直观的反映材料样品组织形态，但分辨率较低，约20nm。1.7其它几个检测办法染色实验荧光渗入剂检测是运用紫外线照射某些荧光物质产生荧光的特性来检测焊点表面缺点的办法。检查时先在试件上涂上渗入性很强的荧光油液，停留5-10min，然后除净表面多出的荧光液，这样只有在缺点里存在荧光液。接着在焊点表面撒一层氧化镁粉末，振动数下，在缺点处的氧化镁被荧光油液渗入，并有一部分渗入缺点内腔，然后把多出的粉末吹掉。在暗室里用紫外线照射，留在缺点处的荧光物质就会发出照亮的荧光，显示出缺点。磁粉检测是运用磁粉检测漏磁的办法，检测时运用一种含有细磁粉的薄膜胶片，统计钎焊焊点中的质量变化状况。使用后的几分钟内，胶片凝固并把磁粉"凝结"在一定的位置上，就能够观察被检测试件上的磁粉分布图形，拟定与否有缺点。由于大多数钎料是非磁性的，因此不惯用于钎焊焊点的检查。化学分析办法可测量样品的平均成分，并能达成很高精度，但不能给出元素分布状况。染色与渗入检测技术(D&PT)是通过高渗入性高着色性染料渗入到焊点开裂区域，然后拉开焊点，观察焊点内部开裂程度和分布。实验时必须小心控制拉断器件时的外力，以确保焊点继续沿预开裂区域断开。X-ray衍射(XRD)是通过X-ray在晶体中的衍射现象来分析晶体构造、晶格参数、缺点、不同构造相的含量及内应力的办法，它是建立在一定晶格构造模型基础上的间接办法。电子显微镜(EM)是用高能电子束做光源，用磁场作透镜制作的电子光学仪器，重要涉及扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(TEM)，电子探针显微镜(EPMA)和扫描透射电子显微镜(STEM)。其中SEM用来观察样品表面形貌，TEM用来观察样品内部组织形态和构造，EPMA用来拟定样品微观区域化学成分，STEM含有SEM和TEM的双层功效。另外，红外热相(IRTI)分析、激光全息摄影法和实时射线摄影法等也可用于焊点质量检测。表2为不同分析项目的某些重要分析办法。2加载检测及可靠性评价产品失效重要因素涉及温度、湿度、振动和灰尘等，各占比例为55％、19％、20％和6％。加载检测是每一种部件在实用条件下进行加载以检测其动作状况，办法有振动检测、冲击检测、热循环检测、加速度检测和耐压检测等，普通根据实用条件把它们组合起来进行，且规定对每一种成品进行检测。这种办法最为严格，可靠性高，只有航天产品等可靠性规定特别严格的情形下才予以采用。近年来国际上采用一种全新的焊点可靠性评定办法，即等温加速扭转循环法(MDS)，通过在一定温度下周期扭转整个印刷电路板来考察焊点的可靠性。该办法在焊点内产生的应力以剪切应力为主，和温度循环相似，因而失效模式和机理极为相似，但实验周期却可从温度循环的几个月减少到几天。该办法不仅能够用来快速评定焊点可靠性，同时也能够用来进行快速设计和工艺参数优化。可靠性评价分类见表3。迁移是金属材料在环境下化学反映形成的表面侵蚀现象，其生长过程分为阳极溶解、离子迁移和阴极还原，即金属电极正极溶解、移动，在负极析出造成短路。迁移的发生形态常称为Dendrite和CAF(见图1)。Dendrite指迁移使金属在PCB的绝缘部表面析出，或者是形成树枝状的氧化物；CAF指金属顺着印制板内部的玻璃纤维析出，或者使氧化物作纤维状的延伸。金属离子的指标可用原则电极电位Eo来表达，其中Sn比Pb和Cu稳定，能形成保护性高的纯态氧化膜，克制阳极溶解。电极电位的大小不仅取决于电对的本性，还与参加电极反映的多个物质的浓度有关。对于大多数电对来说，由于H＋(或OH-)直接参加了电极反映，因此电极电位还与pH值有关：pH值越高，电极电位越小。另外，助焊剂残留如果不清洗干净，某些腐蚀性、活性元素(如Cl)会使电迁移更强，影响电路可靠性。因此，现在惯用免清洗助焊剂严格控制其活性和组份。

3热循环加速实验热循环失效是指焊点在热循环或功率循环过程中，由于芯片载体材料和基本材料存在明显的热膨胀系数(CTE)差别所造成的蠕变-疲劳失效。普通SMT中芯片载体材料为陶瓷(A12O3)，CTE为6.0×10-6/℃，基板材料为环氧树脂／玻璃纤维复合板(FR4)，CTE为20.0×10-6/℃，两者相差3倍以上。当环境温度发生变化或元件本身通电发热时，由于两者间CTE差别，在焊点内部就产生周期性变化的应力应变过程，从而造成焊点的失效。IPC-970l原则化了五种实验条件下的热循环实验办法，从良性的TCl参考循环条件到恶劣的TC4条件，符合合格规定的热循环数(NTC)从NTC-A变化到NTC-E(见表4)。失效循环次数可用一种简朴修正的Coffin-Manson数模来预测，并能够加速获得热循环测试成果。Coffin-Manson数模是有关热应力引发的低循环疲劳对微电路和半导体封装可靠性影响进行建模的有效办法，体现式为：其中：Nf为疲劳失效循环数，A为常数，εp为每个循环的应变范畴，f为循环频率，K为波尔兹曼常数(eV)，Tmax为最高循环温度(K)。IPC-9701使用Engelmaier-Wild焊点失效模型来评定加速因子AF(循环数)和AF(时间)。AF(循环数)与焊点的循环疲劳寿命有关，是在给定使用环境中产品寿命的实验中获得，可表达为：其中：AF为加速因子，Nfield为现场循环数，Nlab为实验循环数，ffield为现场循环频率，flab为实验循环频率，△Tfield为现场温度变化，△Tlab为实验温度变化，Tfield-max为现场最高温度，Tlab-max为实验最高温度。AF(时间)与焊点失效的时间有关，是在给定的使用环境中产品寿命的实验中获得，可表达为：设计实验时，在芯片和PCB内引入菊花链构造使得组装后的焊点形成网络，通过检测网络通断来判断焊点与否失效。普通需要采用高速持续方案，在纳秒级内持续高速采样，以确保及时精确探测到焊点的开裂。评价时常根据某一恒定的金属界面上电位降或电阻变化来判断焊点的质量，普通电阻增加150-225Ω·ms，就可判断为电性能失效，测得的电阻值超出阀值电阻1000Ω，就认为是开路。出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不适宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不适宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不适宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚觉得宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚觉得营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉因此兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉因此倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、从军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感谢，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以