摘要：
隨著BGA、CPS封裝等表貼器件的大量應用，傳統的人工視覺檢測、自動光學檢測等檢測技術對其底部引出端焊接質量的檢測幾乎無能為力。研究並給出X射線檢測方法和檢測流程，同時對該方法應用於PCBA焊接質量檢測的典型案例進行了分析。按此檢測方法不僅可以高效、便捷地識別PCBA中常見的焊接缺陷，同時可以指導PCB設計及焊接工藝改進。
關鍵詞: 表貼器件、X射線檢測、PCBA、焊接缺陷
01引言
隨著BGA、CPS封裝等新型元器件封裝的快速發展，IC器件的封裝體積越來越小，厚度越來越薄，引出端密度越來越高，引出端也從器件四周轉至器件底面。現今，印製電路板元件（PCBA）中包含大量BGA、CPS封裝等表貼器件，傳統的人工視覺檢測、自動光學檢測等檢測技術對該類表貼器件底部引出端焊接質量的檢測幾乎無能為力［1-7］。本文研究並給出X射線檢測方法和檢測流程，同時對該方法應用於PCBA焊接質量檢測的典型案例進行了分析
02X射線檢測原理
X射線是一種波長極短、能量很大的電磁波，穿透能力非常強。當X射線照射樣品時，其透過強度不僅與X射線的能量有關，同時與樣品材料的物質密度和厚度有關，物質密度越小以及厚度越薄，X射線就越容易透過。
X射線檢測原理就是利用X射線照射樣品後，透過影象接收轉換裝置將X射線透過強度以灰度對比的明暗差異來成像。PCBA中包含的材料種類繁多，厚薄不一，按物質密度大小劃分，一般將其分為四大類：
（1）由物質密度較大的錫、鉛或錫鉛合金組成的焊點；
（2）金屬及陶瓷封裝殼體、金絲及晶片粘結材料；
（3）塑封料、矽等易透過材料；
（4）空間、裂紋等缺陷以及PCB通孔。
當X射線透過第一類和第二類材料時，X射線透過較少致所成影象灰度值較高；當X射線透過第三類時所成影象灰度值較低；對於第四類，X射線完全透過最終成明亮影象。
03X射線檢測方法
本文全部研究工作所使用的儀器為2DX射線檢測儀，可傾斜角度為70o。首先透過合理設定調整X射線檢測儀的電壓、功率以及對比度等引數，將PCBA成像質量調至最佳狀態。整個檢測過程主要分為四步，本文又稱三加一法，如圖1所示。（1）對PCBA進行全域性檢查，主要包括PCB和元器件；（2）放大影象進行區域性檢查，查詢缺陷或疑似缺陷；（3）透過再次放大和傾斜成像對疑似缺陷進行識別分析及確認；（4）針對所有BGA封裝器件進行傾斜成像，初步檢查其是否存在虛焊缺陷。
圖1三加一法檢測框圖
04X射線檢測流程
通常情況下，一個PCBA中包含的元器件少則數種，多則數十種，而且大小、封裝各異，這樣一個PCBA中可能同時具有多種焊接缺陷。檢測既不能漏掉某類缺陷又要兼顧效率，所以工程經驗和合理的檢測流程十分重要。對各類缺陷特點進行分析，在每一步檢測中做到有的放矢，有針對性地對某幾類缺陷進行識別。圖2為PCBA焊接質量的X射線檢測流程，每一步都有各自的檢測目的和檢測重點。
圖2X射線檢測流程
05典型案例分析
按照上述檢測方法和檢測流程對產品進行X射線檢測，下面給出典型案例。在進行X射線檢測時，一般將PCBA分成兩大區域，即被元器件覆蓋區域和未被元器件覆蓋區域。PCB開路、錫渣和錫珠等缺陷可以同時存在於兩個區域，其中錫渣和錫珠缺陷一般需要傾斜成像以進一步確認其是否為托盤或載物板上的外來雜質。圖3~6分別展示了錫渣、錫珠、PCB開路以及錫球過大等缺陷。
圖3錫渣
圖4錫珠
圖5PCB開路
圖6錫球過大
短路、焊球缺失很容易被X射線檢測到，它們會直接導致產品功能失常，因此是PCBA中絕不允許的嚴重缺陷。圖7~10分別給出了短路、偏位、焊球缺失、焊料不足及短路等缺陷。
圖7短路
圖8偏位
圖9焊球缺失
圖10焊料不足及短路
空間缺陷需要進一步放大確認並對其進行測量，現用X射線檢測裝置一般在軟體中都已集成了空間面積計算功能，對於大小未超標準比例的空間是可以接受的，空洞及空洞測量典型圖如圖11所示。圖12是BGA傾斜成像和垂直成像的照片，其中正常的焊點為圓柱型，圓型（如左圖箭頭指向所示）為異常焊點，疑似虛焊。垂直成像時，BGA虛焊缺陷會被錫球陰影擋住，導致異常焊點與正常焊點一致為圓形，因此需要傾斜成像來幫助檢測BGA的異常焊點。利用2DX射線檢測儀，透過傾斜成像可以對虛焊缺陷進行初步診斷，但虛焊缺陷的確認需要透過3DX射線檢測裝置來進行觀察。
（a）空洞
（b）空洞測量
圖11空洞缺陷X射線檢測
（a）傾斜成像
（b）垂直成像
圖12異常焊點
PCB設計及焊接工藝不當在焊接過程中均可能產生焊接缺陷。圖13所示為PCB過孔設計不當，在對PCBA垂直成像時發現多個異常焊點（如左圖箭頭所示），然後對PCBA傾斜成像時發現異常焊點下方為PCB過孔，過孔不僅直徑大而且位於焊點中心，此類缺陷屬於設計不當導致。
（a）垂直成像
（b）傾斜成像
圖13PCB過孔不當
圖14所示為LGA封裝方形觸點在PCB貼裝時未對觸點進行預焊處理，在進行迴流焊時，方形觸點與方形焊盤對錫膏進行擠壓導致錫膏溢位，產生焊料溢位缺陷。一般在焊接時對LGA封裝方形觸點進行捆錫處理，可以有效改善焊點質量。
圖14焊料溢位
05結論
針對當前PCBA中不可見焊接缺陷檢測困難的問題，基於2DX射線檢測儀，提出了檢測方法和檢測流程。透過實驗對X射線檢測方案進行了驗證，結果表明給出的X射線檢測方案合理可行，按此檢測方案可以識別PCBA中常見的焊接缺陷，同時可以指導PCB設計及焊接工藝改進。X射線檢測方案在對PCBA焊接質量進行檢測時，具有以下優點：成像清晰，便於缺陷識別；覆蓋PCBA常見缺陷，工作質量高；操作流程規範，檢測效率高。
