淺談SMT焊接質量檢測及可靠性分析

摘 要：SMT產品的質量與可靠性是SMT產品的生命。SMT產品因為焊接導致的問題一般是由于在生產過程中焊點質量問題。隨著新型元器件迅速發(fā)展，現(xiàn)如今SMT產品越來越復雜，在BGA用于生產之后，CSP和FC也開始步入企業(yè)生產階段，從而使SMT的質量檢測技術和可靠性分析越來越復雜。文章主要介紹SMT產品焊接質量的檢測及其可靠性分析，主要包括各種元器件焊接焊點質量檢測方式，最后對SMT生產中焊接的可靠性進行分析。

關鍵詞：表面組裝技術SMT；質量檢測；可靠性

引言

SMT焊接的質量檢測一般是檢測焊接時焊點的缺陷，一般包括元件的漏焊、虛焊、錯位、橋連、焊料球、立件等缺陷。在企業(yè)中，會更注重SMT焊接質量的工藝設備、工藝材料、工藝經驗、檢測和質量控制，并為此花費了大量制造成本，但始終不能使焊點缺陷率趨于“零缺陷”，所以只能在質量檢測上進行深入研究。SMT中焊接焊點質量檢測的方法多種多樣，所以，我們要依據實際需要檢測的元器件以及需要檢測的項目等各種因素來選擇適合的檢測方法。SMT焊接的可靠性問題主要是：一方面，在熱循環(huán)過程中，焊接焊點通過芯片載體和基板材料出現(xiàn)熱膨脹失配（CET），從而表現(xiàn)為焊接焊點由于熱膨脹導致的疲勞失效。另一方面，隨著對電子產品性能要求的不斷提高，SMT技術中的焊接焊劑可靠性也變得越來越重要。

1 SMT質量及常用檢測技術

表面貼裝技術（Surface Mounting Technology）簡稱SMT。主要工作是將表面安裝元件SMC和表面安裝器件SMD直接貼裝在印制電路板表面。SMT焊接質量高的話，它的表面應該表現(xiàn)為好的濕潤性，引線在焊盤上的焊接部位能夠被焊劑完全覆蓋，同時引線的高度適中，合理分布元件的位置，焊料的用量適中，焊板面盡量完整且平滑。目前，在表面貼裝技術工藝過程中，SMT焊接使用的質量檢測方法較多。

1.1 AOI檢測

SMT焊接質量檢測AOI質量檢測又叫自動光學檢測，目前這種質量檢測方法在電子生產過程中已經被大多數企業(yè)認可并投入使用。它的優(yōu)點有很多，主要是一方面在線測試（ICT）和功能測試（Fr）的通過率能得到提高，同時能降低目檢和ICT的人工成本，縮短了新產品產能提升周期等等。

AOI質量檢測技術與其它的檢測方式比較，可以將其放在生產線上的多個地方，但是一般來說，其中3個檢測位置是主要被放置的：（1）第一個位置一般放在錫膏印刷的后面，這樣可以檢測出在印刷過程中出現(xiàn)的缺陷，可以把由于錫膏印刷不過關的焊接缺陷而導致的焊接故障降到最低。（2）第二個位置一般置于再流焊的前面，這個主要是檢查元器件是否正確良好的貼放在板上的錫膏里，主要是盡量避免貼片不好導致的故障。（3）第三個位置一般放在再流焊的后面，這算是最后的把關，這樣做最大的優(yōu)點是能夠把在安裝過程中的不良情況全部檢查出來，保證客戶和用戶手中的產品沒有問題。

1.2 X-ray檢測

對于不同器件，其檢測方法肯定不同。X-ray質量檢測就特別適合檢測BGA，CSP與FC這類封裝器件下的焊接后焊點的質量。同時因為X-ray檢測能夠滿足產品可靠性的要求，能夠檢測到肉眼觀察不到的內部小孔的焊接缺陷，所以這種檢測方法也適用于以前的THT和一般的SMT焊接焊點質量檢測。以前使用有鉛焊料時，因為鉛對X光線的吸收能力比較強，所以焊接的缺陷很容易能夠被顯示出明顯的對照。目前大家對環(huán)保概念越來越重視，漸漸的有鉛焊料被無鉛焊料所替代，焊料無鉛化后，越來越多X-ray質量檢測質量嚴重下降，X-ray檢測面臨著嚴重的挑戰(zhàn)。目前X-ray檢測進行改進，其工作過程變?yōu)椋枰獧z測的產品通過扇型光束穿過，然后在檢測屏上會出現(xiàn)X光的陰影圖像。所得到的圖像分辨率主要取決于X光管聚焦的尺寸。

1.3 組合測試技術

每種SMT質量檢測方式都有其應用范圍，目前還沒有找到哪種檢測方式對所有情況皆適用的。所以，在實際SMT產品質量檢測中，需要由不同的SMT質量檢測技術的適用條件及范圍，通過適當合理的組合，進行檢測，最大程度的把產品缺陷造成的故障降到最低。

2 SMT焊接技術的可靠性分析

2.1 可靠性概述

在表面貼裝的焊接技術中，焊點作為焊接的一個主要部分，一方面需要保證電氣暢通，另一方面需要保證機械連接。但是隨著電子元件日趨微型化，焊接焊點則需要承載更大的力、更強的電和溫度更高的熱學負荷。因此，提高SMT焊接技術的可靠性關鍵則需要提高焊點的可靠性。一個焊點是否良好的判斷準則應該是，在產品的使用周期內，它的機械連接性能、電氣性能都不發(fā)生失效。它的外觀表現(xiàn)為：（1）良好的潤濕；（2）引線在焊盤上的焊接部位能夠被焊劑完全覆蓋；（3）焊料的用量適中，焊板面盡量完整且平滑。理想的焊點則需要方面需要保證電氣暢通，另一方面需要保證機械連接。所以對于SMT焊接技術，合理適當的可靠性分析和設計（DFR，Design For Reliability）都是必要的。但SMT焊接的可靠性存在著很多問題。下面我們將分析影響SMT可靠性的幾個因素。

2.2 影響可靠性的因素

SMT焊接過程中，焊接焊點的理想狀況是要求形成一個可靠的、電氣上連續(xù)的、機械上穩(wěn)固的連接，為了保證以上情況的發(fā)生，必須要在設計過程中考慮可靠性，焊點可靠性受很多因素影響，其中包括焊點的幾何形態(tài)、焊點的內部質量、材料的相容性和焊接材料的力學性能等，其中，焊點的幾何形態(tài)是影響SMT焊接焊點可靠性的重要因素。

SMT焊接焊點的可靠性和它的疲勞失效與焊接過程中的多種因素有關，從目前研究結果來看，SMT焊接過程中，焊接的工藝、材料和焊點的幾何形態(tài)都會影響焊點壽命，從根本來說，焊點內部的應力應變和應力集中是誘發(fā)焊點內裂紋萌生與擴展的力學因素。下面將從以下幾個力學因素方面對焊點的可靠性進行分析。

（1）元器件的引腳數相同、焊料的焊膏成分不同，QFP焊點的抗拉強度有明顯區(qū)別。試驗表明，含鉛的QFP焊點的抗拉強度小于焊膏成分為無鉛QFP焊點的抗拉強度；焊膏成分相同、引腳數不同的QFP焊點的抗拉強度也有明顯的區(qū)別。引腳數越多，尺寸越小，抗拉強度也越高，QFP焊點的抗拉強度高于焊膏中釬料合金自身的抗拉強度。（2）試驗表明，PBGA焊點的抗剪強度隨著焊球的直徑增大而減小，同時，從材料上看錫鉛共晶釬料（63Sn37Pb）PBGA表面貼裝的焊點的抗剪強度大于焊膏中釬料合金自身的抗剪強度。（3）試驗表明，CBGA封裝的焊點一般最先起裂的位置位于焊膏與基板的界面處。隨著熱循環(huán)次數的增加，裂紋慢慢發(fā)生擴展并導致沿晶斷裂；隨著熱循環(huán)次數的增加，焊點的上界面也逐漸出現(xiàn)疲勞裂紋。焊點的晶粒逐漸長大且金屬間化合物層厚度增大。

3 結束語

在SMT焊接過程中，質量檢測及其可靠性分析的研究中，我們總結了在SMT生產中各種質量測試的方法：自動光學檢測（AOI）、X-ray檢測、組合測試、在線電路檢測（ICT）、邊界掃描、功能檢測（FT）和系統(tǒng)測試（ST）等。不管是采用什么樣的方式，都應該取決于產品自身的性能、種類和數量。一般的測試順序是這樣的：連接性測試-在線測試-功能測試。一般來說，對元件及PCB光板特別是印刷焊膏后的測試，即加強SMT生產的源頭監(jiān)管，會使故障率大大降低。同時我們還對SMT焊接的可靠性進行了分析，從根本上找到焊接時焊點的力學性能對焊接質量的至關重要的作用。希望對SMT焊接在以后的產品生產過程中發(fā)揮越來越大的作用。

參考文獻

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