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PCBA檢測的必要性及檢驗(yàn)方法

發(fā)布時(shí)間 :2020-08-11 15:47 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA加工部

深圳宏力捷電子專業(yè)提供整體PCBA加工服務(wù)，包含上游電子元器件采購到PCB生產(chǎn)加工、SMT貼片、DIP插件、PCBA測試、成品組裝等一站式服務(wù)，接下來為大家介紹PCBA檢測的必要性及檢驗(yàn)方法。

PCBA檢測的必要性

作為眾多元件和電路信號傳輸?shù)钠脚_(tái)，印刷電路板（PCB）一直被視為電子信息產(chǎn)品的關(guān)鍵部分，其質(zhì)量決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。由于高密度，無鉛和無鹵素環(huán)境要求的發(fā)展趨勢，如果不進(jìn)行專業(yè)和及時(shí)的PCBA檢測，可能會(huì)發(fā)生各種故障問題，如潤濕性差，裂縫，分層等。

為了確保PCBA的高質(zhì)量和可靠性，PCBA加工廠家必須在制造和裝配過程中的不同階段對電路板進(jìn)行檢查，以消除表面缺陷。此外，及時(shí)和專業(yè)的檢查能夠?qū)е略陔姎鉁y試之前暴露的缺陷，并有利于統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）的數(shù)據(jù)積累。

表面貼裝技術(shù)（SMT）的廣泛應(yīng)用提高了對檢測的要求，因?yàn)镾MT焊點(diǎn)必須承受比應(yīng)用通孔電鍍（PTH）技術(shù)更多的應(yīng)力。由于取決于SMT的器件引線必須承受更多的結(jié)構(gòu)負(fù)載，因此如果沒有足夠的焊料，器件將不會(huì)牢固地焊接到電路板上。因此，組裝表面貼裝器件的電路板的長期電氣可靠性在很大程度上取決于焊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)完整性，這增加了PCBA檢測的必要性。

PCBA檢驗(yàn)方法

到目前為止，除了目視檢查外，還有多種結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)可供選擇，具有不同的成本，性能和缺陷覆蓋率。自動(dòng)檢測技術(shù)包括光學(xué)檢測，激光三角測量，X射線檢測和X射線層壓技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)最佳的過程檢查，PCBA加工廠家應(yīng)該了解每種檢查方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并明確每種類型的最佳性能。通常，PCB裝配檢測技術(shù)分為兩種類型：目視檢查和自動(dòng)過程檢查。

1. 目視檢查

在PCBA加工過程中經(jīng)過大量步驟后可以使用目視檢查，并根據(jù)檢查目標(biāo)的位置選擇目視檢查設(shè)備。例如，在焊膏印刷和器件放置之后，檢查人員能夠用肉眼發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，例如污染的焊膏和缺少的部件。最普遍的目視檢查能夠通過觀察從不同角度從普通棱鏡反射的光線來檢查回流焊點(diǎn)。一般來說，這種檢查只需一秒即可測試5個(gè)接頭。

目視檢查的有效性取決于檢驗(yàn)人員的能力，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的一致性和適用性。檢查員必須充分了解每種焊點(diǎn)的技術(shù)要求，因?yàn)槊糠N類型的焊點(diǎn)可能包含多達(dá)8種缺陷標(biāo)準(zhǔn)，而不同組裝設(shè)備上可能有6種以上的焊點(diǎn)。因此，視覺檢測不適用于有效結(jié)構(gòu)過程控制的定量測量。此外，目視檢查不適用于隱藏焊點(diǎn)檢查，例如具有高密度封裝的J-lead器件，超微細(xì)方形扁平器件，表面陣列倒裝芯片或BGA（球柵陣列）器件?；诮y(tǒng)一和具體的規(guī)則建立，目視檢查被認(rèn)為是一種低成本，易于訪問的技術(shù)，適用于大型缺陷檢測。

2. 結(jié)構(gòu)過程測試系統(tǒng)（SPTS）

實(shí)時(shí)和自動(dòng)視頻捕獲的數(shù)字化和分析系統(tǒng)能夠顯著提高視覺檢測的容差和可重復(fù)性。因此，結(jié)構(gòu)過程測試系統(tǒng)依賴于某些形式的發(fā)射光，如可見光，激光束和X射線。所有這些系統(tǒng)都通過處理圖像來獲取信息，以找出和測量與焊點(diǎn)質(zhì)量有關(guān)的缺陷。與目視檢查類似，SPTS的實(shí)施無需物理接觸電路板。然而，與目視檢查不同，SPTS具有如此高的可重復(fù)性，并且消除了缺陷測量的主觀性。

3. 自動(dòng)/自動(dòng)光學(xué)檢測（AOI）

AOI系統(tǒng)依靠多個(gè)光源，可編程LED庫和一些相機(jī)來照亮焊點(diǎn)并拍攝。在反射光下，引線和焊點(diǎn)起反射作用，反射大部分光，而PCB和SMD反射的光很少。從焊點(diǎn)反射的光不能提供實(shí)際的高度數(shù)據(jù)，而反射光的圖形和強(qiáng)度提供關(guān)于焊點(diǎn)曲率的信息。然后進(jìn)行專業(yè)分析以確定焊點(diǎn)是否完整，焊料是否足夠，是否發(fā)生不良潤濕。除此之外，AOI系統(tǒng)還在回流焊接之前或之后檢查焊料橋接和缺少元件或位移。

AOI設(shè)備以每秒30-50個(gè)接頭的速度運(yùn)行，并具有相對低成本。然而，它未能檢查某些焊點(diǎn)的參數(shù)，例如焊縫高度和焊點(diǎn)中的焊料，并且未能檢查隱藏的焊點(diǎn)，例如屬于BGA，PGA和J形引線裝置的焊接可靠性必不可少的焊點(diǎn)?？傊?，AOI測試在檢查間距大于0.5mm的 ICs 和鷗翼設(shè)備時(shí)執(zhí)行 BEST 。

4. 自動(dòng)激光測試（ALT）測量

ALT是一種更直接的技術(shù)，用于測試高度和形狀焊點(diǎn)或焊膏沉積。當(dāng)激光束的圖像聚焦在一個(gè)或多個(gè)與激光束保持一定角度的位置敏感探測器上時(shí)，該系統(tǒng)用于測量一些表面部件的高度和反射率。在ALT測量期間，表面高度由位置敏感探測器反射的光位置確定，而表面反射率由反射光束的功率計(jì)算出來。由于二次反射，光束可能照射在多個(gè)位置的位置敏感探測器，這需要一種區(qū)分正確測量的方案。此外，當(dāng)沿位置敏感探測器的光行進(jìn)時(shí)，反射光束可能遭受干擾材料的屏蔽或干擾。為了消除多次反射并防止屏蔽，該系統(tǒng)應(yīng)沿著調(diào)節(jié)的獨(dú)立光路測試反射激光束。在焊點(diǎn)的多個(gè)高度測量期間，ALT系統(tǒng) OPTIMAL 用于在元件組裝之前的焊膏沉積量和位置對準(zhǔn)。它為焊膏印刷的實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)過程控制提供數(shù)據(jù)，包括粘度，對齊，清潔度，流動(dòng)性和擠壓速度和應(yīng)力。

5. X射線熒光鏡系統(tǒng)

X射線透視系統(tǒng)從單點(diǎn)光源發(fā)射光束，垂直穿過電路板。隨著這個(gè)過程的繼續(xù)，焊點(diǎn)比其他材料更大程度地削弱了光線的強(qiáng)度。光線能量的強(qiáng)度變化被轉(zhuǎn)換為灰度為256的數(shù)字X射線圖形。某些焊點(diǎn)的灰度X射線圖形實(shí)際上是表示焊點(diǎn)厚度，分布和內(nèi)部完整性的密度圖像。在單面PCB上，X射線透視系統(tǒng)能夠精確檢查焊接接頭缺陷，例如在J形接線裝置上發(fā)生的焊接接頭缺陷（包括裂縫，焊接不足，橋接，未對準(zhǔn)，空隙等），鷗翼設(shè)備或無源芯片。除此之外，它還能夠檢查缺失的元件和反向鉭電容器。然而，當(dāng)談到雙面PCB時(shí)，X射線熒光透視系統(tǒng)無法準(zhǔn)確地檢查由于板兩側(cè)焊點(diǎn)的X射線圖像可能重疊而導(dǎo)致的那些缺陷。

6. X射線層壓系統(tǒng)

與X射線透視系統(tǒng)相比，X射線層壓系統(tǒng)通過掃描或與X射線探測器同步旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生水平截面區(qū)域的焦平面。在探測器上產(chǎn)生的離軸圖像然后通過單擺動(dòng)或多次擺動(dòng)導(dǎo)致表面厚度為0.2-0.4mm的截面圖像的產(chǎn)生，這導(dǎo)致均勻化。此外，焦平面的前側(cè)和后側(cè)的組件在層壓圖像中變得散焦，使得焦平面內(nèi)的焊點(diǎn)脫離PCB上的其他材料。

根據(jù)激光測距儀，X射線層壓系統(tǒng)相對于焦平面繪制板表面位置并矯正板翹曲。之后，電路板以小的垂直增量移動(dòng)，使其穿過焦平面，之后可以檢查相同焊點(diǎn)的不同部分。它適用于 BGA 和 PTH 焊點(diǎn)檢測。雙面PCB以大的增量垂直移動(dòng)以穿過焦平面以檢查板兩側(cè)的焊點(diǎn)。

通過修改光束的掃描半徑和垂直移動(dòng)的焦平面，可以設(shè)置不同的放大系數(shù)或視覺區(qū)域大小。 X射線層壓系統(tǒng)可以測量不同焦平面上所有物理焊點(diǎn)的參數(shù)，從而可以提供工藝缺陷覆蓋。由于X射線的截面圖像與給定的焊膏體積之間的指示關(guān)系，灰度讀數(shù)可以通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)單位或公制單位轉(zhuǎn)換為實(shí)際尺寸。在對測量結(jié)果進(jìn)行分析后，將提供數(shù)據(jù)用于表征和裝配改進(jìn)。

例如，焊點(diǎn)的平均焊膏厚度或焊膏體積變化可以使人們意識到焊膏印刷和缺陷源的質(zhì)量水平。 X射線層壓系統(tǒng)以每秒30-40個(gè)接頭的檢查速度運(yùn)行。它通過靈活的采樣方式運(yùn)行，確保100％覆蓋關(guān)鍵設(shè)備檢測，但無法覆蓋100％的裝配周期少于45秒的設(shè)備。 X射線層壓系統(tǒng)在所有檢測方法中成本最高，但大大縮短了搜索和返工的時(shí)間。

如何確定PCBA加工檢測方法？

盡管檢測方法種類繁多，但AOI檢查和X射線檢查之間存在很大差異。三個(gè)要素應(yīng)該是在確定檢查方法時(shí)要考慮到：缺陷類型，成本和檢查速度。

當(dāng)涉及缺陷類型AOI和X射線覆蓋時(shí)，AOI通常用于層壓前的內(nèi)層測試缺陷項(xiàng)目包括焊膏量，元件位置，缺失和極性，以及焊點(diǎn)缺陷。然而，前者專注于層壓后的精細(xì)和微觀缺陷，能夠測試布線組件，半導(dǎo)體封裝，BGA焊接缺陷，焊點(diǎn)空隙和高混合，低容量組裝。