焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法

1、焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法1.1 目視檢測(cè)目視檢測(cè)時(shí)最常用的一種非破壞性檢測(cè)方法，可用萬(wàn)能投影儀或10倍放大鏡進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)速度和精度與檢測(cè)人員能力有關(guān)，評(píng)價(jià)可按照以下基準(zhǔn)進(jìn)行：(1)濕潤(rùn)狀態(tài)釬料完全覆蓋焊盤(pán)及引線的釬焊部位，接觸角最好小于20。，通常以小于30。為標(biāo)準(zhǔn)，最大不超過(guò)600(2)焊點(diǎn)外觀釬料流動(dòng)性好，表面完整且平滑光亮，無(wú)針孔、砂粒、裂紋、橋連和拉尖等微小缺陷。(3)釬料量釬焊引線時(shí)，釬料輪廓薄且引線輪廓明顯可見(jiàn)。1.2 電氣檢測(cè)電氣檢測(cè)是產(chǎn)品在加載條件下通電，以檢測(cè)是否滿足所要求的規(guī)范。它能有效地查出目視檢測(cè)所不能發(fā)現(xiàn)的微小裂紋和橋連等。檢測(cè)時(shí)可使用各種電氣測(cè)量?jī)x，檢測(cè)導(dǎo)通不良及在釬焊過(guò)

2、程中引起的元器件熱損壞。前者是由微小裂紋、極細(xì)絲的錫蝕和松香粘附等引起，后者是由于過(guò)熱使元器件失效或助焊劑分解氣體引起元器件的腐蝕和變質(zhì)等。1.3 X-ray檢測(cè)X-ray檢測(cè)是利用X射線可穿透物質(zhì)并在物質(zhì)中有衰減的特性來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷，主要檢測(cè)焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷，如BGA、CSP和FC焊點(diǎn)等。目前X射線設(shè)備的X光束斑一般在1-5prn范圍內(nèi)，不能用來(lái)檢測(cè)亞微米范圍內(nèi)的焊點(diǎn)微小開(kāi)裂。1.4 超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)利用超聲波束能透入金屬材料的深處，由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢測(cè)焊點(diǎn)的缺陷。來(lái)自焊點(diǎn)表面的超聲波進(jìn)入金屬內(nèi)部，遇到缺陷及焊點(diǎn)底部時(shí)就會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，將反射波束收集到熒光屏上形

3、成脈沖波形，根據(jù)波形的特點(diǎn)來(lái)判斷缺陷的位置、大小和性質(zhì)。超聲波檢驗(yàn)具有靈敏度高、操作方便、檢驗(yàn)速度快、成本低、對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)缺陷進(jìn)行定性和定量判定尚存在困難。掃描超聲波顯微鏡（C-SAM）主要利用高頻超聲（一般為100MHz以上）在材料不連續(xù)的地方界面上反射產(chǎn)生的位相及振幅變化來(lái)成像，是用來(lái)檢測(cè)元器件內(nèi)部的分層、空洞和裂紋等一種有效方法。采用微聲像技術(shù)，通過(guò)超聲換能器把超聲脈沖發(fā)射到元件封裝中，在表面和底板這一深度范圍內(nèi)，超聲反饋回波信號(hào)以稍微不同的時(shí)間間隔到達(dá)轉(zhuǎn)化器，經(jīng)過(guò)處理就得到可視的內(nèi)部圖像，再通過(guò)選通回波信號(hào)，將成像限制在檢測(cè)區(qū)域，得到缺陷圖。一般采用頻率從100MHz至IJ

4、230MHz,最高可達(dá)300MHz,檢測(cè)分辨率也相應(yīng)提高。1.5 機(jī)械性破壞檢測(cè)機(jī)械性破壞檢測(cè)是將焊點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械性破壞，從它的強(qiáng)度和斷裂面來(lái)檢查缺陷的。常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)有拉伸強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。因?yàn)閷?duì)所有的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)是不可能的，所以只能進(jìn)行適量的抽檢。1.6 顯微組織檢測(cè)顯微組織檢測(cè)是將焊點(diǎn)切片、研磨、拋光后用顯微鏡來(lái)觀察其界面，是一種發(fā)現(xiàn)釬料雜質(zhì)、熔蝕、組織結(jié)構(gòu)、合金層及微小裂紋的有效方法。焊點(diǎn)裂紋一般呈中心對(duì)稱分布，因而應(yīng)盡量可能沿對(duì)角線方向制樣。顯微組織檢測(cè)和機(jī)械性破壞檢測(cè)一樣，不可能對(duì)所有的成品進(jìn)行檢測(cè)，只能進(jìn)行適量的抽檢。光學(xué)顯微鏡是最常用的一種檢測(cè)儀器，放大倍數(shù)一般達(dá)1000倍

5、，可以直觀的反映材料樣品組織形態(tài)，但分辨率較低，約20nm。1.7 其它幾種檢測(cè)方法染色試驗(yàn)熒光滲透劑檢測(cè)是利用紫外線照射某些熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光的特性來(lái)檢測(cè)焊點(diǎn)表面缺陷的方法。檢驗(yàn)時(shí)先在試件上涂上滲透性很強(qiáng)的熒光油液，停留5-10min,然后除凈表面多余的熒光液，這樣只有在缺陷里存在熒光液。接著在焊點(diǎn)表面撒一層氧化鎂粉末，振動(dòng)數(shù)下，在缺陷處的氧化鎂被熒光油液滲透，并有一部分滲入缺陷內(nèi)腔，然后把多余的粉末吹掉。在暗室里用紫外線照射，留在缺陷處的熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)出照亮的熒光，顯示出缺陷。磁粉檢測(cè)是利用磁粉檢測(cè)漏磁的方法，檢測(cè)時(shí)利用一種含有細(xì)磁粉的薄膜膠片，記錄釬焊焊點(diǎn)中的質(zhì)量變化情況。使用后的幾分鐘內(nèi)

6、，膠片凝固并把磁粉"凝結(jié)”在一定的位置上，就可以觀察被檢測(cè)試件上的磁粉分布圖形，確定是否有缺陷。由于大多數(shù)釬料是非磁性的，因此不常用于釬焊焊點(diǎn)的檢驗(yàn)?；瘜W(xué)分析方法可測(cè)量樣品的平均成分，并能達(dá)到很高精度，但不能給出元素分布情況。染色與滲透檢測(cè)技術(shù)（D&PT）是通過(guò)高滲透性高著色性染料滲透到焊點(diǎn)開(kāi)裂區(qū)域，然后拉開(kāi)焊點(diǎn)，觀測(cè)焊點(diǎn)內(nèi)部開(kāi)裂程度和分布。試驗(yàn)時(shí)必須小心控制拉斷器件時(shí)的外力，以保證焊點(diǎn)繼續(xù)沿預(yù)開(kāi)裂區(qū)域斷開(kāi)。X-ray衍射（XRD）是通過(guò)X-ray在晶體中的衍射現(xiàn)象來(lái)分析晶體結(jié)構(gòu)、晶格參數(shù)、缺陷、不同結(jié)構(gòu)相的含量及內(nèi)應(yīng)力的方法，它是建立在一定品格結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上的間接方法。電子

7、顯微鏡（EM）是用高能電子束做光源，用磁場(chǎng)作透鏡制作的電子光學(xué)儀器，主要包括掃描電子顯微鏡（SEM）,透射電子顯微鏡（TEM）,電子探針顯微鏡（EPMA）和掃描透射電子顯微鏡（STEM）。其中SEM用來(lái)觀察樣品表面形貌，TEM用來(lái)觀察樣品內(nèi)部組織形態(tài)和結(jié)構(gòu)，EPMA用來(lái)確定樣品微觀區(qū)域化學(xué)成分，STEM具有SEM和TEM的雙層功能。此外，紅外熱相（IRTI）分析、激光全息照相法和實(shí)時(shí)射線照相法等也可用于焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)。表2為不同分析項(xiàng)目的一些主要分析方法。ft2不同分析項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的分析方法分析項(xiàng)目分析方法”網(wǎng)光學(xué)顯示OEM、AFM、美光顯式內(nèi)部組織九學(xué)顯小濫射線透射,SZ界面形狀光學(xué)顯機(jī)SJLTE

8、M、研肝，HB斷面光學(xué)顯示3：1AES、XRD、TEHIMC光學(xué)顯水MaLmKNIZJEMr班磨.H艮腐蝕貂晶粒光學(xué)曲J，SKM“，”MXRD,TF：M、研磨、打雙腐獨(dú)裂紋分析光學(xué)顯小,SEN,I明工叩成分EDX.WDX、AES、XPS.XRF、CCMS叁別壯、工11口.卜丁11.電黑色漕.氣體色譜.C130熒九顯示、研磨，腐蝕域/EDX,WDX,&ES'XINSMF.XRDJTnLfft體色譜&CM鼠研磨強(qiáng)M小絕物El)*、WDXAES,XPS,SIM5、電離色睛、漉體色請(qǐng).CCMS,研磨化學(xué)耦合FTIR小漫光譜、CCMS氣體分析TD5,氣體色請(qǐng).GCMS強(qiáng)度割試?yán)?/p>

9、.推典、剌離注：表中F1出聚蕉離廣束裝置8EM;打描電鏡EDX；能M離般性X光分析口我電廣探測(cè)微址分析WDX;波氏分腋壁乂線光漕分析TCMj透射電僚SAT：超小波顯盤(pán)鍵T】而加熱，體分析AFW2康r內(nèi)力M激鉞A1顯fft歇電r光譜分析*泠X射線激勵(lì)光電子光譜分析sims二二次掰f豉n分析XKD：X射線衍射XRF：熒光X射線光譜分析FIIR：傅在葉變代必外光譜分折00的氣體色諾法質(zhì)所分析KZPT6褐俏型感應(yīng)等離廣，質(zhì)量分析1MTT：染色與滲透檢費(fèi)2加載檢測(cè)及可靠性評(píng)價(jià)產(chǎn)品失效主要原因包括溫度、濕度、振動(dòng)和灰塵等，各占比例為55%、19%、20%和6%。加載檢測(cè)是每一個(gè)部件在實(shí)用條件下進(jìn)行加載以檢

10、測(cè)其動(dòng)作狀況,方法有振動(dòng)檢測(cè)、沖擊檢測(cè)、熱循環(huán)檢測(cè)、加速度檢測(cè)和耐壓檢測(cè)等，一般根據(jù)實(shí)用條件把它們組合起來(lái)進(jìn)行，且要求對(duì)每一個(gè)成品進(jìn)行檢測(cè)。這種方法最為嚴(yán)格，可靠性高，只有航天產(chǎn)品等可靠性要求特別嚴(yán)格的情形下才予以采用。近年來(lái)國(guó)際上采用一種全新的焊點(diǎn)可靠性評(píng)估方法，即等溫加速扭轉(zhuǎn)循環(huán)法(MDS),通過(guò)在一定溫度下周期扭轉(zhuǎn)整個(gè)印刷電路板來(lái)考察焊點(diǎn)的可靠性。該方法在焊點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力以剪切應(yīng)力為主，和溫度循環(huán)相似，因而失效模式和機(jī)理極為相似，但試驗(yàn)周期卻可從溫度循環(huán)的幾個(gè)月減少到幾天。該方法不但可以用來(lái)快速評(píng)估焊點(diǎn)可靠性，同時(shí)也可以用來(lái)進(jìn)行快速設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)優(yōu)化。可靠性評(píng)價(jià)分類見(jiàn)表3。遷移是金屬材料

11、在環(huán)境下化學(xué)反應(yīng)形成的表面侵蝕現(xiàn)象，其生長(zhǎng)過(guò)程分為陽(yáng)極溶解、離子遷移和陰極還原，即金屬電極正極溶解、移動(dòng)，在負(fù)極析出導(dǎo)致短路。遷移的發(fā)生形態(tài)常稱為Dendhte和CAF(見(jiàn)圖1)Dendrite指遷移使金屬在PCB的絕緣部表面析出，或者是形成樹(shù)枝狀的氧化物;CAF指金屬順著印制板內(nèi)部的玻璃纖維析出，或者使氧化物作纖維狀的延伸。襄3可靠性評(píng)價(jià)分類評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)內(nèi)容評(píng)價(jià)方法裂紋,針孔光學(xué)顯微鏡接合部結(jié)晶結(jié)構(gòu)X射線分析、打描火電子顯微鏡狀態(tài)分析固溶、元素?cái)U(kuò)散X射線分析、二次離子質(zhì)顯分析接合強(qiáng)度絕緣性拉伸撓曲遷移晶須按臺(tái)界面結(jié)構(gòu)俄歌電子光溶分析利用行業(yè)辦會(huì)制定的依測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)專業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)凈電子色瞥儀分析

12、環(huán)鈍樹(shù)脂跛璃纖維圖1Deridrirf和CAF金屬離子的指標(biāo)可用標(biāo)準(zhǔn)電極電位Eo來(lái)表示，其中Sn比Pb和Cu穩(wěn)定，能形成保護(hù)性高的純態(tài)氧化膜，抑制陽(yáng)極溶解。電極電位的大小不僅取決于電對(duì)的本性，還與參加電極反應(yīng)的各種物質(zhì)的濃度有關(guān)。對(duì)于大多數(shù)電對(duì)來(lái)說(shuō)，因?yàn)镠+（或OH-）直接參與了電極反應(yīng)，因此電極電位還與pH值有關(guān)：pH值越高，電極電位越小。另外，助焊劑殘留如果不清洗干凈，一些腐蝕性、活性元素（如Cl）會(huì)使電遷移更強(qiáng)，影響電路可靠性。所以，目前常用免清洗助焊劑嚴(yán)格控制其活性和組份。3熱循環(huán)加速試驗(yàn)熱循環(huán)失效是指焊點(diǎn)在熱循環(huán)或功率循環(huán)過(guò)程中，由于芯片載體材料和基本材料存在明顯的熱膨脹系數(shù)（CTE

13、）差異所導(dǎo)致的蠕變-疲勞失效。通常SMT中芯片載體材料為陶瓷（A12O3）,CTE為6.0X0-6/C,基板材料為環(huán)氧樹(shù)脂/玻璃纖維復(fù)合板（FR4）,CTE為20.0X0-6/C,二者相差3倍以上。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化或元件本身通電發(fā)熱時(shí)，由于二者間CTE差異，在焊點(diǎn)內(nèi)部就產(chǎn)生周期性變化的應(yīng)力應(yīng)變過(guò)程，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)的失效。IPC-970l標(biāo)準(zhǔn)化了五種試驗(yàn)條件下的熱循環(huán)試驗(yàn)方法，從良性的TCl參考循環(huán)條件到惡劣的TC4條件，符合合格要求的熱循環(huán)數(shù)（NTC）從NTC-A變化到NTC-E（見(jiàn)表4）。»4樵循環(huán)流梟件及合格要求1PCN7QI中描述的狀驗(yàn)翁件嶼條件5；霓4丁代：注擇0*100!0

14、4)50相殍參考-25+10013537,51C3+12516542.5在股IK-WH-7X5憶4-55+1251別)35述反IFC-8M-7MTC5-55+1001身22.5接反IPC-SM-785IPCMI中描述的合格要求介格乩求循環(huán)散說(shuō)用vn:-A2005UUNTC-Cl(X)C推薦螫電TC2.TC3,TG4KTC-I)3000NTC-K6(XXJ推薦參考LI失效循環(huán)次數(shù)可用一個(gè)簡(jiǎn)單修正的Coffin-Manson數(shù)模來(lái)預(yù)測(cè)，并可以加速獲得熱循環(huán)測(cè)試結(jié)果。Coffin-Manson數(shù)模是關(guān)于熱應(yīng)力引起的低循環(huán)疲勞對(duì)微電路和半導(dǎo)體封裝可靠性影響進(jìn)行建模的有效方法，表達(dá)式為：Nf=(A/ep

15、)19x/口x*3"皿(1)其中：Nf為疲勞失效循環(huán)數(shù)，A為常數(shù)，£p為每個(gè)循環(huán)的應(yīng)變范圍，f為循環(huán)頻率，K為波爾茲曼常數(shù)（eV）,Tmax為最高循環(huán)溫度（K）。IPC-9701使用Engelmaier-Wild焊點(diǎn)失效模型來(lái)評(píng)估加速因子AF（循環(huán)數(shù)）和AF（時(shí)間）。AF（循環(huán)數(shù)）與焊點(diǎn)的循環(huán)疲勞壽命有關(guān)，是在給定使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗(yàn)中獲得，可表示為：用內(nèi)循環(huán)數(shù)）=%"八=x儕曲加產(chǎn)興段p（14l4.g-1414/丁岫皿）1（2）其中：AF為加速因子，Nfield為現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)數(shù)，Nlab為試驗(yàn)循環(huán)數(shù)，ffield為現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)頻率，flab為試驗(yàn)循環(huán)頻率，Tfiel

16、d為現(xiàn)場(chǎng)溫度變化，Tlab為試驗(yàn)溫度變化，Tfield-max為現(xiàn)場(chǎng)最高溫度，Tlab-max為試驗(yàn)最高溫度。AF（時(shí)間）與焊點(diǎn)失效的時(shí)間有關(guān)，是在給定的使用環(huán)境中產(chǎn)品壽命的試驗(yàn)中獲得，可表小為：I網(wǎng)時(shí)間）=.4”（循環(huán)數(shù)）x*"加（3）設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)，在芯片和PCB內(nèi)引入菊花鏈結(jié)構(gòu)使得組裝后的焊點(diǎn)形成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通斷來(lái)判斷焊點(diǎn)是否失效。一般需要采用高速連續(xù)方案，在納秒級(jí)內(nèi)連續(xù)高速采樣，以保證及時(shí)準(zhǔn)確探測(cè)到焊點(diǎn)的開(kāi)裂。評(píng)價(jià)時(shí)常根據(jù)某一恒定的金屬界面上電位降或電阻變化來(lái)判斷焊點(diǎn)的質(zhì)量，一般電阻增加150-225。ms就可判斷為電性能失效，測(cè)得的電阻值超過(guò)閥值電阻1000R就認(rèn)為是開(kāi)路

17、。出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠(chéng)危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠(chéng)宜開(kāi)張圣聽(tīng)，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮思純，是以先帝簡(jiǎn)拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無(wú)大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之日能”，是以眾議舉寵為督：愚以為營(yíng)中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時(shí)，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書(shū)、長(zhǎng)史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之,則漢室之隆，可計(jì)日而待也。臣本布衣，躬耕于南陽(yáng)，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事