SMT焊接质量检测技术

SMT焊接的质量检测一般是检测焊接时焊点的缺陷，一般包括元件的漏焊、虚焊、错位、桥连、焊料球、立件等缺陷。在企业中，会更注重SMT焊接质量的工艺设备、工艺材料、工艺经验、检测和质量控制，并为此花费了大量制造成本，但始终不能使焊点缺陷率趋于“零缺陷”，所以只能在质量检测上进行深入研究。SMT中焊接焊点质量检测的方法多种多样，所以，我们要依据实际需要检测的元器件以及需要检测的项目等各种因素来选择适合的检测方法。SMT焊接的可靠性问题主要是：一方面，在热循环过程中，焊接焊点通过芯片载体和基板材料出现热膨胀失配（CET），从而表现为焊接焊点由于热膨胀导致的疲劳失效。另一方面，随着对电子产品性能要求的不断提高，SMT技术中的焊接焊剂可靠性也变得越来越重要。

1 SMT质量及常用检测技术

表面贴装技术（Surface Mounting Technology）简称SMT。主要工作是将表面安装元件SMC和表面安装器件SMD直接贴装在印制电路板表面。SMT焊接质量高的话，它的表面应该表现为好的湿润性，引线在焊盘上的焊接部位能够被焊剂完全覆盖，同时引线的高度适中，合理分布元件的位置，焊料的用量适中，焊板面尽量完整且平滑。目前，在表面贴装技术工艺过程中，SMT焊接使用的质量检测方法较多。

1.1 AOI检测

SMT焊接质量检测AOI质量检测又叫自动光学检测，目前这种质量检测方法在电子生产过程中已经被大多数企业认可并投入使用。它的优点有很多，主要是一方面在线测试（ICT）和功能测试（Fr）的通过率能得到提高，同时能降低目检和ICT的人工成本，缩短了新产品产能提升周期等等。

AOI质量检测技术与其它的检测方式比较，可以将其放在生产线上的多个地方，但是一般来说，其中3个检测位置是主要被放置的：（1）第一个位置一般放在锡膏印刷的后面，这样可以检测出在印刷过程中出现的缺陷，可以把由于锡膏印刷不过关的焊接缺陷而导致的焊接故障降到最低。（2）第二个位置一般置于再流焊的前面，这个主要是检查元器件是否正确良好的贴放在板上的锡膏里，主要是尽量避免贴片不好导致的故障。（3）第三个位置一般放在再流焊的后面，这算是最后的把关，这样做最大的优点是能够把在安装过程中的不良情况全部检查出来，保证客户和用户手中的产品没有问题。

1.2 X-ray检测

对于不同器件，其检测方法肯定不同。X-ray质量检测就特别适合检测BGA，CSP与FC这类封装器件下的焊接后焊点的质量。同时因为X-ray检测能够满足产品可靠性的要求，能够检测到肉眼观察不到的内部小孔的焊接缺陷，所以这种检测方法也适用于以前的THT和一般的SMT焊接焊点质量检测。以前使用有铅焊料时，因为铅对X光线的吸收能力比较强，所以焊接的缺陷很容易能够被显示出明显的对照。目前大家对环保概念越来越重视，渐渐的有铅焊料被无铅焊料所替代，焊料无铅化后，越来越多X-ray质量检测质量严重下降，X-ray检测面临着严重的挑战。目前X-ray检测进行改进，其工作过程变为，需要检测的产品通过扇型光束穿过，然后在检测屏上会出现X光的阴影图像。所得到的图像分辨率主要取决于X光管聚焦的尺寸。

1.3 组合测试技术

每种SMT质量检测方式都有其应用范围，目前还没有找到哪种检测方式对所有情况皆适用的。所以，在实际SMT产品质量检测中，需要由不同的SMT质量检测技术的适用条件及范围，通过适当合理的组合，进行检测，最大程度的把产品缺陷造成的故障降到最低。

2 SMT焊接技术的可靠性分析

2.1 可靠性概述

在表面贴装的焊接技术中，焊点作为焊接的一个主要部分，一方面需要保证电气畅通，另一方面需要保证机械连接。但是随着电子元件日趋微型化，焊接焊点则需要承载更大的力、更强的电和温度更高的热学负荷。因此，提高SMT焊接技术的可靠性关键则需要提高焊点的可靠性。一个焊点是否良好的判断准则应该是，在产品的使用周期内，它的机械连接性能、电气性能都不发生失效。它的外观表现为：（1）良好的润湿；（2）引线在焊盘上的焊接部位能够被焊剂完全覆盖；（3）焊料的用量适中，焊板面尽量完整且平滑。理想的焊点则需要方面需要保证电气畅通，另一方面需要保证机械连接。所以对于SMT焊接技术，合理适当的可靠性分析和设计（DFR，Design For Reliability）都是必要的。但SMT焊接的可靠性存在着很多问题。下面我们将分析影响SMT可靠性的几个因素。

2.2 影响可靠性的因素

SMT焊接过程中，焊接焊点的理想状况是要求形成一个可靠的、电气上连续的、机械上稳固的连接，为了保证以上情况的发生，必须要在设计过程中考虑可靠性，焊点可靠性受很多因素影响，其中包括焊点的几何形态、焊点的内部质量、材料的相容性和焊接材料的力学性能等，其中，焊点的几何形态是影响SMT焊接焊点可靠性的重要因素。

SMT焊接焊点的可靠性和它的疲劳失效与焊接过程中的多种因素有关，从目前研究结果来看，SMT焊接过程中，焊接的工艺、材料和焊点的几何形态都会影响焊点寿命，从根本来说，焊点内部的应力应变和应力集中是诱发焊点内裂纹萌生与扩展的力学因素。下面将从以下几个力学因素方面对焊点的可靠性进行分析。

（1）元器件的引脚数相同、焊料的焊膏成分不同，QFP焊点的抗拉强度有明显区别。试验表明，含铅的QFP焊点的抗拉强度小于焊膏成分为无铅QFP焊点的抗拉强度；焊膏成分相同、引脚数不同的QFP焊点的抗拉强度也有明显的区别。引脚数越多，尺寸越小，抗拉强度也越高，QFP焊点的抗拉强度高于焊膏中钎料合金自身的抗拉强度。（2）试验表明，PBGA焊点的抗剪强度随着焊球的直径增大而减小，同时，从材料上看锡铅共晶钎料（63Sn37Pb）PBGA表面贴装的焊点的抗剪强度大于焊膏中钎料合金自身的抗剪强度。（3）试验表明，CBGA封装的焊点一般最先起裂的位置位于焊膏与基板的界面处。随着热循环次数的增加，裂纹慢慢发生扩展并导致沿晶断裂；随着热循环次数的增加，焊点的上界面也逐渐出现疲劳裂纹。焊点的晶粒逐渐长大且金属间化合物层厚度增大。

3 结束语

在SMT焊接过程中，质量检测及其可靠性分析的研究中，我们总结了在SMT生产中各种质量测试的方法：自动光学检测（AOI）、X-ray检测、组合测试、在线电路检测（ICT）、边界扫描、功能检测（FT）和系统测试（ST）等。不管是采用什么样的方式，都应该取决于产品自身的性能、种类和数量。一般的测试顺序是这样的：连接性测试-在线测试-功能测试。一般来说，对元件及PCB光板特别是印刷焊膏后的测试，即加强SMT生产的源头监管，会使故障率大大降低。同时我们还对SMT焊接的可靠性进行了分析，从根本上找到焊接时焊点的力学性能对焊接质量的至关重要的作用。希望对SMT焊接在以后的产品生产过程中发挥越来越大的作用。