PCB線路板品質檢查及SMT貼片加工技術的缺失

(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)側視銳利法

該方法可用于對局限于死區(qū)的小物體進行光學放大的側面目視檢查。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90的鏡頭進行對焦，然后用高分辨率的CCD進行畫面?zhèn)鬏?。放大倍?shù)在50倍到200倍之間，也可以進行正片和逆光觀察。銲點可以看出以下幾個方面：整體外觀、吃錫情況、銲點形狀、銲點表面花紋、助焊劑殘留等缺點。但這種方法看不到BGA的內球，需要用很細的光纖管內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視圖放大鏡，右邊是纖維管內窺鏡放大鏡伸入腹底直接觀察的實際情況。

圖3，左邊是側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時的扭矩，提起并撕開銲點，觀察其強度。雖然這種方法可以發(fā)現(xiàn)缺陷，如銲點浮動，界面分裂，或焊接體開裂，但它并不適合薄板效果。

圖4，該圖說明了使用簡單的手動工具來檢測銲點強度

(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，使各種銲點的裂紋和小孔被毛細管滲透，然后干燥。當每個測試球腳被用力拉開或撬開時，可以檢查橫截面上是否有紅斑，并看到銲點的完整性。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，經過進入高熱無鉛焊接后，孔洞的趨勢更加糟糕。調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：當熔化的焊料接觸到干凈的待焊接表面時，會立即產生IMC，焊接牢固。但是這種反應會受到焊料表面張力的影響，表面張力越高的焊料內聚力越大，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，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。為了同時完成抗變色功能，在外表面附著一層有機分子薄膜，使銀表面不會過度變質，影響可焊性。在隨后的焊接反應中，中銀會迅速溶解到液態(tài)鈸中，形成Ag3Sn5片狀IMC。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)個小空腔，專門稱為“香檳浸泡”。

(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

球腳空隙太多會影響其導電性和傳熱，焊點可靠性不好。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，可以測量球徑、空腔面積、單個大孔等數(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、放置后手動調整或焊接時濺錫。開口的原因是焊膏印刷不良、放置后轉移、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顯微鏡和顯微切片仔細檢查。