文章来源：SMT技术网

摘要：

    随着BGA、CPS封装等表贴器件的大量应用，传统的人工视觉检测、自动光学检测等检测技术对其底部引出端焊接质量的检测几乎无能为力。研究并给出X射线检测方法和检测流程，同时对该方法应用于PCBA焊接质量检测的典型案例进行了分析。按此检测方法不仅可以高效、便捷地识别PCBA中常见的焊接缺陷，同时可以指导PCB设计及焊接工艺改进。

关键词: 表贴器件、X射线检测、PCBA、焊接缺陷

01 引言

随着BGA、CPS封装等新型元器件封装的快速发展，IC器件的封装体积越来越小，厚度越来越薄，引出端密度越来越高，引出端也从器件四周转至器件底面。现今，印制电路板组件(PCBA)中包含大量BGA、CPS封装等表贴器件，传统的人工视觉检测、自动光学检测等检测技术对该类表贴器件底部引出端焊接质量的检测几乎无能为力[1-7]。本文研究并给出X射线检测方法和检测流程，同时对该方法应用于PCBA焊接质量检测的典型案例进行了分析

02 X射线检测原理

X射线是一种波长极短、能量很大的电磁波，穿透能力非常强。当X射线照射样品时，其透过强度不仅与X射线的能量有关，同时与样品材料的物质密度和厚度有关，物质密度越小以及厚度越薄，X射线就越容易透过。

X射线检测原理就是利用X射线照射样品后，通过图像接收转换装置将X射线透过强度以灰度对比的明暗差异来成像。PCBA中包含的材料种类繁多，厚薄不一，按物质密度大小划分，一般将其分为四大类：

(1)由物质密度较大的锡、铅或锡铅合金组成的焊点；

(2)金属及陶瓷封装壳体、金丝及芯片粘结材料；

(3)塑封料、硅等易透过材料；

(4)空间、裂纹等缺陷以及PCB通孔。

当X射线透过第一类和第二类材料时，X射线通过较少致所成图像灰度值较高；当X射线透过第三类时所成图像灰度值较低；对于第四类，X射线完全透过最终成明亮图像。

03 X射线检测方法

本文全部研究工作所使用的仪器为2DX射线检测仪，可倾斜角度为70o。首先通过合理设置调整X射线检测仪的电压、功率以及对比度等参数，将PCBA成像质量调至最佳状态。整个检测过程主要分为四步，本文又称三加一法，如图1所示。(1)对PCBA进行全局检查，主要包括PCB和元器件；(2)放大图像进行局部检查，查找缺陷或疑似缺陷；(3)通过再次放大和倾斜成像对疑似缺陷进行识别分析及确认；(4)针对所有BGA封装器件进行倾斜成像，初步检查其是否存在虚焊缺陷。

图1三加一法检测框图

04 X射线检测流程

通常情况下，一个PCBA中包含的元器件少则数种，多则数十种，而且大小、封装各异，这样一个PCBA中可能同时具有多种焊接缺陷。检测既不能漏掉某类缺陷又要兼顾效率，所以工程经验和合理的检测流程十分重要。对各类缺陷特点进行分析，在每一步检测中做到有的放矢，有针对性地对某几类缺陷进行识别。图2为PCBA焊接质量的X射线检测流程，每一步都有各自的检测目的和检测重点。

图2X射线检测流程

05 典型案例分析

按照上述检测方法和检测流程对产品进行X射线检测，下面给出典型案例。在进行X射线检测时，一般将PCBA分成两大区域，即被元器件覆盖区域和未被元器件覆盖区域。PCB开路、锡渣和锡珠等缺陷可以同时存在于两个区域，其中锡渣和锡珠缺陷一般需要倾斜成像以进一步确认其是否为托盘或载物板上的外来杂质。图3~6分别展示了锡渣、锡珠、PCB开路以及锡球过大等缺陷。

图3锡渣

 图4锡珠

图5PCB开路

图6锡球过大

短路、焊球缺失很容易被X射线检测到，它们会直接导致产品功能失常，因此是PCBA中绝不允许的严重缺陷。图7~10分别给出了短路、偏位、焊球缺失、焊料不足及短路等缺陷。

图7短路

图8偏位

图9焊球缺失

图10焊料不足及短路

空间缺陷需要进一步放大确认并对其进行测量，现用X射线检测设备一般在软件中都已集成了空间面积计算功能，对于大小未超标准比例的空间是可以接受的，空洞及空洞测量典型图如图11所示。图12是BGA倾斜成像和垂直成像的照片，其中正常的焊点为圆柱型，圆型(如左图箭头指向所示)为异常焊点，疑似虚焊。垂直成像时，BGA虚焊缺陷会被锡球阴影挡住，导致异常焊点与正常焊点一致为圆形，因此需要倾斜成像来帮助检测BGA的异常焊点。利用2DX射线检测仪，通过倾斜成像可以对虚焊缺陷进行初步诊断，但虚焊缺陷的确认需要通过3DX射线检测设备来进行观察。

（a）空洞

（b）空洞测量

图11空洞缺陷X射线检测

（a）倾斜成像

（b）垂直成像

图12异常焊点

PCB设计及焊接工艺不当在焊接过程中均可能产生焊接缺陷。图13所示为PCB过孔设计不当，在对PCBA垂直成像时发现多个异常焊点(如左图箭头所示)，然后对PCBA倾斜成像时发现异常焊点下方为PCB过孔，过孔不仅直径大而且位于焊点中心，此类缺陷属于设计不当导致。

（a）垂直成像

（b）倾斜成像

图13PCB过孔不当

图14所示为LGA封装方形触点在PCB贴装时未对触点进行预焊处理，在进行回流焊时，方形触点与方形焊盘对锡膏进行挤压导致锡膏溢出，产生焊料溢出缺陷。一般在焊接时对LGA封装方形触点进行捆锡处理，可以有效改善焊点质量。

图14焊料溢出

05 结论

针对当前PCBA中不可见焊接缺陷检测困难的问题，基于2DX射线检测仪，提出了检测方法和检测流程。通过实验对X射线检测方案进行了验证，结果表明给出的X射线检测方案合理可行，按此检测方案可以识别PCBA中常见的焊接缺陷，同时可以指导PCB设计及焊接工艺改进。X射线检测方案在对PCBA焊接质量进行检测时，具有以下优点:成像清晰，便于缺陷识别；覆盖PCBA常见缺陷，工作质量高；操作流程规范，检测效率高。