大批量生產(chǎn)環(huán)境中無(wú)鉛實(shí)現對測試的影響

圖4：AOI捕獲的無(wú)鉛缺陷照片

自動(dòng)X(jué)射線(xiàn)檢測的缺陷譜

　　檢測的下一個(gè)環(huán)節是X射線(xiàn)機。缺陷譜如圖5所示，其中無(wú)鉛電路板具有更高的開(kāi)路缺陷比率。在無(wú)鉛電路板和錫鉛電路板中都看到了開(kāi)路缺陷，因此缺陷譜沒(méi)有明顯變化。無(wú)鉛電路板中的開(kāi)路缺陷略微提高，可能是由于空洞 產(chǎn)生，發(fā)現的缺陷明確表明了這一點(diǎn)。圖．6提供了部分無(wú)鉛缺陷焊點(diǎn)的X射線(xiàn)圖像。

圖5：自動(dòng)X(jué)射線(xiàn)檢測的缺陷譜

圖6：X射線(xiàn)捕獲的無(wú)鉛缺陷焊點(diǎn)照片

　　切換到無(wú)鉛工藝時(shí)，焊點(diǎn)尤其是BGA焊點(diǎn)中的空洞明顯大幅提高的情況非常典型。無(wú)鉛回流曲線(xiàn)溫度越高，大塊焊料中發(fā)生氣體逃逸的概率就越高，如在BGA焊球中。但是，測試結果沒(méi)有表明無(wú)鉛電路板中存在更加明顯的空洞缺陷，這可能是由于板上BGA封裝尺寸較小和無(wú)鉛電路板的加工數量較多。

　　無(wú)鉛工藝另一個(gè)可能的缺陷癥狀是，電鍍通孔器件(PTH)的孔壁潤濕不足，填充不夠，焊料潤濕填充孔內的情況達不到通孔器件焊接的填充要求，如IPC或內部質(zhì)量規范的要求。由于這些電路板上沒(méi)有PTH器件，因此我們不能明確是否會(huì )因為由于無(wú)鉛而導致缺陷的提高。

功能測試的缺陷譜

圖7：功能測試的缺陷譜

　　電氣性能測試策略有功能測試和ICT。這些產(chǎn)品不要求ICT，ICT需要考察的是探針測試效率和測試焊盤(pán)／過(guò)孔的可靠性。

　　功能測試環(huán)節最高的缺陷類(lèi)型是元器件失效，這和切換無(wú)鉛工藝無(wú)關(guān)。電路開(kāi)路與裸基板有關(guān)。功能測試環(huán)節還檢測到前面測試環(huán)節未發(fā)現的連錫和短路缺陷。

全流程整個(gè)測試線(xiàn)路的缺陷譜

　　在考察各個(gè)測試環(huán)節后，最好從全流程考察整個(gè)缺陷譜，如下面的圖8所示，它由數千個(gè)電路板加工的缺陷數據組成。在無(wú)鉛工藝中，立碑明顯是最大的缺陷。缺陷譜可能會(huì )變化，因為它取決于許多因素，如電路板復雜程度和不同SMT工藝流程。

圖8：金流程的整個(gè)缺陷譜(不包括AXI)

無(wú)鉛工藝的測試和檢測設備

　　在切換無(wú)鉛工藝時(shí)，需要重新考察現有測試設備的部分性能參數。本文將以X射線(xiàn)系統為參考考察部分參數。

測量變化

　　其中一個(gè)基本問(wèn)題是在從錫鉛焊料切換無(wú)鉛焊料時(shí)，是否會(huì )有任何測量變化。下面的圖9提供了不同封裝焊點(diǎn)的X射線(xiàn)圖像，包括無(wú)鉛焊點(diǎn)及等量的錫鉛焊點(diǎn)?？梢钥闯?，肉眼看到的差異并不明顯。

圖9：無(wú)鉛焊點(diǎn)與錫點(diǎn)不同X射線(xiàn)圖像比較

　　在X射線(xiàn)測試中，焊點(diǎn)在檢波板投射了不同灰度的“陰影”。這些灰度等級通過(guò)查表方式轉換成與相應焊點(diǎn)相匹配的焊料厚度。無(wú)鉛合金生成的焊點(diǎn)灰度要淺，導致厚度測量結果的降低。因此，為保證測試結果正確性，需要創(chuàng )建新的無(wú)鉛查表以代替普通的錫鉛查表。

表4：使用不同查表的無(wú)鉛焊點(diǎn)的測量差異

　　上面的表4說(shuō)明了采用兩種不同查表的兩類(lèi)無(wú)鉛焊點(diǎn)(翼型和BGA)的測量值差異，其差異范圍在16～21％之間。因此，為了獲得正確的測量數據，必須使用正確的查表類(lèi)型。

焊點(diǎn)形狀變化

　　3DX射線(xiàn)能夠檢測焊點(diǎn)形狀的任何變化，提供了可供比較的數據。焊點(diǎn)外形可表現焊點(diǎn)形狀的變化，這可從收集到的灰度值數據推斷得出?？疾斓娜?lèi)器件類(lèi)型焊點(diǎn)是BGA、翼型引腳器件和片式電阻元戶(hù)。

圖10：BGA焊點(diǎn)外形

　　圖10顯示了BGA焊點(diǎn)外形(藍色)，它從X射線(xiàn)圖像中的球直徑推導得出。它定義了搜索區域(黃色)，其內部的灰度值繪制為焊點(diǎn)外形，這可以用于不同的球切片高度。在任何不同切片上，未發(fā)現無(wú)鉛BGA和錫鉛BGA在外形上發(fā)生了任何變化。