电子元件焊接质量检测技术

王付军

[摘要]从焊接质量标准出发，介绍电子元件焊点质量常用检测技术方法，包括从目测、自动光学检测、电气检测等，并分析各种检测技术的优缺点，指出焊接质量检测的发展趋势。

[关键词]焊接 AOI SMT 检测

中图分类号：TN6文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0220123－01

一、引言

随着科学技术的进步，电子产品的功能越来越多，越来越复杂，使用元件的体积越来越小，无引线或引线很短的元器件贴片元器件的出现了，表面贴装器件(SMT)本身的体积也越来越小，引脚和走线越来越密，使组装板尺寸越来越小，同时产品的焊接技术已发生了新的变化。因此焊接质量已成为影响产品质量的关键因素，焊接质量的检测越来越重要，也越来越复杂。计算机、光学、图像处理技术的飞跃发展为自动检测技术提供了技术基础。

二、电子元件焊接质量标准

焊点质量要求为：（1）表面润湿程度。熔融焊料在被焊金属表面上应铺展，并形成完整、均匀、连续的焊层，其接触角应不大于90度；（2）焊料量。焊料量应适中，避免过多或过少；（3）焊点表面。焊点表面应完整、连续和圆滑，但不要求极光亮的外观；（4）焊点位置。元器件的焊端或引脚在焊盘上的位置偏差，应在规定的范围内。

三、常见检测方法

焊点质量常用检测方法有破坏性，非破坏性和环境检测三种，如表1-1所示。

（一）目测法

目视检测是常用的一种非破坏检测方法，可用万能投影仪和十倍放大镜进行检测，检测速度和精度和检测人员能力有关。人工视觉检查对防止焊点失效非常重要，特别是在短期应用中，但是人工视觉检查却无法有效地发现焊点缺陷。在使用MIL检验标准的时代，要检查产品的可靠性是徒劳的，据分析，几乎50%的焊点失效都是现场失效，即它们都通过了主观性人工视觉检查工业标准。

人工目测检验可以观测的焊点缺陷情况包括：漏焊、错焊、桥连、错位、焊膏未熔化等，具有较强的灵活性。对检测者的能力有一定要求，具有较大的主观性，可重复性也较差。

（二）自动光学检测(AOI)

随着器件封装尺寸的减小和印制电路板(PCB)贴片密度的增加，SMA检查难度越来越高，人工目测的稳定性和可靠性都难以满足生产和质量控制的需要，越来越小的PCB特性使手工检查不可靠，人力检查的可重复性水平低，视觉疲劳不可避免地导致疏忽缺陷。因此，采用专用检查仪器实现自动检测就越来越重要。首先用于生产实际的检测仪器是光学仪器，这类仪器的一个共同特点是，通过光源对SMA进行照射，用光学镜头将SMA反射光进行采集和运算，经计算机图像处理系统处理，从而判断SMA上的元件位置及焊接情况。这类设备称为自动光学检测(AOI)设备。AOI可以应用于SMT生产线的多个环节，从而产生最好的质量检测和控制效果。

AOI的基本原理是用光学手段获取被测物图形，一般通过一传感器（摄像机）获得检测物的照明图像并数字化，然后以某种方法进行比较、分析、检验和判断，相当于将人工目视检测自动化、智能化。

（三）X-Ray检测

X-Ray检测是利用X射线可穿透物质并在物质中有衰减的特性来发现缺陷，主要检测焊点内部缺陷，如BGA、CSP和FC焊点等。目前X射线设备的X光束斑一般在1～5μm范围内，不能用来检测亚微米范围内的焊点微小开裂。

（四）超声波检测

超声波检测利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，在界面边缘发生反射的特点来检测焊点的缺陷。来自焊点表面的超声波进入金属内部，遇到缺陷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陷的位置、大小和性质。超声波检验具有灵敏度高、操作方便、检验速度快、成本低、对人体无害等优点，但是对缺陷进行定性和定量判定目前尚存在困难。

扫描超声波显微镜(C-SAM)主要利用高频超声（一般为100MHz以上）在材料不连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方法。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围内，超声反馈回波信号以稍微不同的时间间隔到达转化器，经过处理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，得到缺陷图。一般采用频率从100MHz到230MHz，最高可达300MHz，检测分辨率也相应提高。

（五）电气检测

电气检测是产品在加载条件下通电，以检测是否满足所要求的规范。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。检测时可使用各种电气测量仪，检测导通不良及在钎焊过程中引起的元器件热损坏。前者是由微小裂纹、极细丝的锡蚀和松香粘附等引起，后者是由于过热使元器件失效或助焊剂分解气体引起元器件的腐蚀和变质等。由于电气检测为离线检测，不能及时地反馈信息。

四、检测技术的发展趋势

对于小型企业，一般采用目测法，人工目测检验可以观测的焊点缺陷情况包括：漏焊、错焊、桥连、错位、焊膏未熔化等，具有较强的灵活性。对检测者的能力有一定要求，具有较大的主观性，可重复性也较差。

当前应用最广的检测技术是自动光学检测技术，其发展趋势是：

1．分类检测，我们知道AOI在SMT流水线中放置的位置不同，检测的重点就不同，并且不同的元件，要检测的缺陷类型也不同，譬如说焊点主要检测的就是有无锡膏，是否多锡、少锡等，元件本体就要检测是否缺件、偏移、错件等情况，带有丝印的还要做OCV，IC要检测是否有桥接等等，另外有一些三极管就要有极性检测；这样不同的检测类型，就要选择不同的检测方法，不同的方法针对某种或者某几种缺陷类型才能提高检测效果，减少误判。

2．Bad Mark的检测，拼板与多MARK检测，和BarCode等功能AOI要适应印刷机的变化，像Bad Mark就可以不检测，机器检测到一块PCB板就不印刷了，AOI也应该检测到Bad Mark就报出Bad Mark；另外某些印刷机可能是多板同时印刷的，像阴阳板这样的情况现在也比较常见，那么检测的时候

AOI的程序就需要是两个或者多个PCB的检测程序同时运行，才能达到要求；另外一个就是一些板子用条形码来标记板子，那么就需要AOI加入barcode功能来识别这些条形码。这些功能都是为了适应SMT行业变化和要求，给AOI带来的一些发展。

五、总结

选用哪种检测技术，要具体情况具体分析，各种检测技术都有其优缺点。如应用最多的AOI检测技术，优点是自动发现和纠正缺陷，但只能检查外观缺陷。因此较好的解决方案是几种检测技术结合一起，就能达到较好的检测效果。

参考文献：

[1]Prasad R．Surface Mount Technology Principles and Prac-tice．New York:Chapman ＆ Hall，1997.

[2]周德俭，SMT组装质量检测中的AOI技术与系统[J].电子工业专用设备，2002,31(2):87-95.

[3]谢纳新，浅谈AOI在SMT生产线上的配置[J].材料与封装，2005,12:86-88.