安全地檢查焊點(diǎn)中的危險(xiǎn)空洞
發(fā)布日期：2014年7月16日 瀏覽次數(shù)：
現(xiàn)在，風(fēng)能、太陽能發(fā)電和電動(dòng)汽車對全世界的重要性是前所未有的。它們是安全的，都有自己的優(yōu)勢，都對所需要的電子組件提出很高要求。
電動(dòng)汽車需要小型化的功率電子設(shè)備來完成電子驅(qū)動(dòng)與混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的控制任務(wù)。面對大批量生產(chǎn)，包括有效地保證沒有故障和質(zhì)量所需要的測試方式，制造技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。制造技術(shù)需要的搞水平的檢測技術(shù)，例如三圍X射線分析技術(shù)，也面臨許多挑戰(zhàn)。
需要的生產(chǎn)技術(shù)
對于生產(chǎn)集成功率電子器件，把芯片（IGBT或二極管）直接安裝到基板上是成熟的技術(shù)。器件中的電氣連接通過芯片底面上的很大焊接面積來實(shí)現(xiàn)，此外，還要到散熱片上，通過散熱片把模塊在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。對于使用這種功率控制的情況，如混合動(dòng)力汽車的電子驅(qū)動(dòng)，散熱器是裝在汽車?yán)鋮s水回路中。
為多余的熱量打開大門
功率模塊必須高度可靠，產(chǎn)品的壽命必須很長。必須保證從芯片產(chǎn)生的熱量全部傳到散熱器去。傳導(dǎo)路徑的熱阻必須很低。
在焊錫連接的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，空洞對質(zhì)量起決定性的作用，尤其是在大尺度焊點(diǎn)中的空洞。焊點(diǎn)的面積可能達(dá)到25平方厘米，控制空洞中封閉氣體的變化很困難。常見的結(jié)果是，留在焊錫中的空洞大小和位置不一樣。從傳熱方面講，空洞可能會導(dǎo)致模塊功能失常，甚至在正常運(yùn)行時(shí)會造成損壞。因此，在生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制是絕對必要的。
讓看不見的東西看得見
目前，在焊接工藝完成之后，很少有機(jī)會發(fā)現(xiàn)空洞。在生產(chǎn)過程中，即使進(jìn)行百分之百的測試，對測試技術(shù)的選擇也是受到限制的。聲學(xué)顯微鏡，以及使用X射線分析系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)斷層繪圖儀可以排除在可選用的測試技術(shù)之外，這是因?yàn)椋蹲綀D像及后接著進(jìn)行的評估需要比較長的時(shí)間，從效率方面講，是不實(shí)用的。
原則上，對于電子組件上的焊點(diǎn)分析，X射線檢測技術(shù)已經(jīng)得到證明是有效的，并已經(jīng)在在線生產(chǎn)中廣泛用于質(zhì)量控制。但是，在目前的情況下，這種檢測技術(shù)也面臨新的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括：
1、對焊點(diǎn)中的空洞安全地進(jìn)行高分辨率檢測。
2、把各個(gè)層中的空洞分開。
3、對每層焊錫中的影響質(zhì)量的參數(shù)（空洞，所有空洞之和，空洞的位置分布）。
4、在組件的安裝狀態(tài)下（如安裝在散熱器上）檢查。
5、在生產(chǎn)中進(jìn)行百分之百的檢測。
常見的二維和2.5維X光檢測系統(tǒng)不適合這種測試任務(wù)，這一點(diǎn)很容易認(rèn)識到�？疾煺�-或斜角X光照射的PCB就可以清楚地說明這一點(diǎn)。圖像中可以看見空洞，但不能指出它屬于哪一個(gè)具體的焊錫層。
圖1 正交-或斜角X光照射PCB的X光圖像把焊錫中的空洞分層極為重要，因?yàn)閷τ谛酒c基礎(chǔ)材料的熱耦合和基礎(chǔ)材料與散熱器的熱耦合，設(shè)置的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)顯著不同，因此，使用二維或2.5維光檢測空洞作出的評估，會導(dǎo)致故障逃避檢測，或者器件由于錯(cuò)誤大量增加而落選。
技術(shù)很高的檢測
一點(diǎn)一點(diǎn)地檢測
為了保證質(zhì)量，可以選擇的唯一方法是對各個(gè)層進(jìn)行全面的重建，并對每一層使用三維X光檢測技術(shù)進(jìn)行檢測。這種方法面臨特殊的挑戰(zhàn)，并且不是每一個(gè)系統(tǒng)都能夠解決這個(gè)復(fù)雜的測試任務(wù)，因?yàn)橐呀?jīng)安裝散熱器的結(jié)構(gòu)中有一塊很大的接觸面積上有冷卻介質(zhì)，尤其是這個(gè)接觸面積上有集成的冷卻水電路時(shí)。這種結(jié)構(gòu)會造成對X光的吸收不一樣，在重建結(jié)果的圖像中表現(xiàn)為故障。于此相似，使用標(biāo)準(zhǔn)的重建方法時(shí)，焊點(diǎn)的大小和未經(jīng)定義的空洞位置與尺寸都會影響X光圖像。由于這些要求，要加強(qiáng)三維X光檢測系統(tǒng)OPTICON，使它適應(yīng)進(jìn)行檢測時(shí)的圖像捕捉和對逐層重建的檢測。
圖2 在線X光檢測系統(tǒng)OptiCon X-Line 3D在檢測過程中攝取的圖像允許在每一層進(jìn)行自動(dòng)化的空洞檢測，包括根據(jù)為各層分別確定的質(zhì)量參數(shù)對空洞分類。此外，使用三維X光檢測系統(tǒng)OPTICON,就有機(jī)會在核查站進(jìn)行調(diào)查和評估故障。
圖3和圖4 芯片基礎(chǔ)材料和散熱片基礎(chǔ)材料用適當(dāng)?shù)闹亟ǚ椒ǜ糸_。除了前面所提到的機(jī)會，AXI系統(tǒng)OptiCon X-Line 3D適合在線檢測雙面組裝的PCB。在只進(jìn)行一次的運(yùn)行中，所有的PCB層的信息都是可用的，可以單獨(dú)重建以進(jìn)行自動(dòng)分析。這提供機(jī)會，可以把關(guān)鍵焊點(diǎn)(BGA下面的焊點(diǎn))分解成單層進(jìn)行詳細(xì)的自動(dòng)分析。因此，在生產(chǎn)循環(huán)中進(jìn)行完整的三維X光檢測能夠提供全面質(zhì)量，分析和最好生產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)。
電動(dòng)汽車需要小型化的功率電子設(shè)備來完成電子驅(qū)動(dòng)與混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的控制任務(wù)。面對大批量生產(chǎn)，包括有效地保證沒有故障和質(zhì)量所需要的測試方式，制造技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。制造技術(shù)需要的搞水平的檢測技術(shù)，例如三圍X射線分析技術(shù)，也面臨許多挑戰(zhàn)。
需要的生產(chǎn)技術(shù)
對于生產(chǎn)集成功率電子器件，把芯片（IGBT或二極管）直接安裝到基板上是成熟的技術(shù)。器件中的電氣連接通過芯片底面上的很大焊接面積來實(shí)現(xiàn)，此外，還要到散熱片上，通過散熱片把模塊在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。對于使用這種功率控制的情況，如混合動(dòng)力汽車的電子驅(qū)動(dòng)，散熱器是裝在汽車?yán)鋮s水回路中。
為多余的熱量打開大門
功率模塊必須高度可靠，產(chǎn)品的壽命必須很長。必須保證從芯片產(chǎn)生的熱量全部傳到散熱器去。傳導(dǎo)路徑的熱阻必須很低。
在焊錫連接的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，空洞對質(zhì)量起決定性的作用，尤其是在大尺度焊點(diǎn)中的空洞。焊點(diǎn)的面積可能達(dá)到25平方厘米，控制空洞中封閉氣體的變化很困難。常見的結(jié)果是，留在焊錫中的空洞大小和位置不一樣。從傳熱方面講，空洞可能會導(dǎo)致模塊功能失常，甚至在正常運(yùn)行時(shí)會造成損壞。因此，在生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制是絕對必要的。
讓看不見的東西看得見
目前，在焊接工藝完成之后，很少有機(jī)會發(fā)現(xiàn)空洞。在生產(chǎn)過程中，即使進(jìn)行百分之百的測試，對測試技術(shù)的選擇也是受到限制的。聲學(xué)顯微鏡，以及使用X射線分析系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)斷層繪圖儀可以排除在可選用的測試技術(shù)之外，這是因?yàn)椋蹲綀D像及后接著進(jìn)行的評估需要比較長的時(shí)間，從效率方面講，是不實(shí)用的。
原則上，對于電子組件上的焊點(diǎn)分析，X射線檢測技術(shù)已經(jīng)得到證明是有效的，并已經(jīng)在在線生產(chǎn)中廣泛用于質(zhì)量控制。但是，在目前的情況下，這種檢測技術(shù)也面臨新的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括：
1、對焊點(diǎn)中的空洞安全地進(jìn)行高分辨率檢測。
2、把各個(gè)層中的空洞分開。
3、對每層焊錫中的影響質(zhì)量的參數(shù)（空洞，所有空洞之和，空洞的位置分布）。
4、在組件的安裝狀態(tài)下（如安裝在散熱器上）檢查。
5、在生產(chǎn)中進(jìn)行百分之百的檢測。
常見的二維和2.5維X光檢測系統(tǒng)不適合這種測試任務(wù)，這一點(diǎn)很容易認(rèn)識到�？疾煺�-或斜角X光照射的PCB就可以清楚地說明這一點(diǎn)。圖像中可以看見空洞，但不能指出它屬于哪一個(gè)具體的焊錫層。
圖1 正交-或斜角X光照射PCB的X光圖像把焊錫中的空洞分層極為重要，因?yàn)閷τ谛酒c基礎(chǔ)材料的熱耦合和基礎(chǔ)材料與散熱器的熱耦合，設(shè)置的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)顯著不同，因此，使用二維或2.5維光檢測空洞作出的評估，會導(dǎo)致故障逃避檢測，或者器件由于錯(cuò)誤大量增加而落選。
技術(shù)很高的檢測
一點(diǎn)一點(diǎn)地檢測
為了保證質(zhì)量，可以選擇的唯一方法是對各個(gè)層進(jìn)行全面的重建，并對每一層使用三維X光檢測技術(shù)進(jìn)行檢測。這種方法面臨特殊的挑戰(zhàn)，并且不是每一個(gè)系統(tǒng)都能夠解決這個(gè)復(fù)雜的測試任務(wù)，因?yàn)橐呀?jīng)安裝散熱器的結(jié)構(gòu)中有一塊很大的接觸面積上有冷卻介質(zhì)，尤其是這個(gè)接觸面積上有集成的冷卻水電路時(shí)。這種結(jié)構(gòu)會造成對X光的吸收不一樣，在重建結(jié)果的圖像中表現(xiàn)為故障。于此相似，使用標(biāo)準(zhǔn)的重建方法時(shí)，焊點(diǎn)的大小和未經(jīng)定義的空洞位置與尺寸都會影響X光圖像。由于這些要求，要加強(qiáng)三維X光檢測系統(tǒng)OPTICON，使它適應(yīng)進(jìn)行檢測時(shí)的圖像捕捉和對逐層重建的檢測。
圖2 在線X光檢測系統(tǒng)OptiCon X-Line 3D在檢測過程中攝取的圖像允許在每一層進(jìn)行自動(dòng)化的空洞檢測，包括根據(jù)為各層分別確定的質(zhì)量參數(shù)對空洞分類。此外，使用三維X光檢測系統(tǒng)OPTICON,就有機(jī)會在核查站進(jìn)行調(diào)查和評估故障。
圖3和圖4 芯片基礎(chǔ)材料和散熱片基礎(chǔ)材料用適當(dāng)?shù)闹亟ǚ椒ǜ糸_。除了前面所提到的機(jī)會，AXI系統(tǒng)OptiCon X-Line 3D適合在線檢測雙面組裝的PCB。在只進(jìn)行一次的運(yùn)行中，所有的PCB層的信息都是可用的，可以單獨(dú)重建以進(jìn)行自動(dòng)分析。這提供機(jī)會，可以把關(guān)鍵焊點(diǎn)(BGA下面的焊點(diǎn))分解成單層進(jìn)行詳細(xì)的自動(dòng)分析。因此，在生產(chǎn)循環(huán)中進(jìn)行完整的三維X光檢測能夠提供全面質(zhì)量，分析和最好生產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)。
