隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,封裝的小型化和組裝的高密度化以及各種新型器件的不斷涌現(xiàn),對裝聯(lián)質(zhì)量的要求也越來越高。于是對檢查的方法和技術(shù)提出了更高的要求。為滿足這一要求,新的檢測技術(shù)不斷出現(xiàn),自動X-Ray檢測技術(shù)(Automatic X-Ray Inspection)是這其中的典型代表。它不僅可對不可見焊點進(jìn)行檢測(如球柵陣列器件BGA等),還可對檢測結(jié)果進(jìn)行定性、定量分析,以便及早發(fā)現(xiàn)故障。本文就將簡要介紹一下X-Ray檢測技術(shù),以供同行參考。

目前,主要針對電子組裝過程采用的測試方式有以下幾種:

(l)人工目檢。

(2)飛針測試。

(3)ICT(In-circuit tester)針床測試。

(4)自動光學(xué)檢查AOI (Automatic Opitical Inspection)

(5)功能測試(Functional Tester)

以上幾種檢測方式都有各自的優(yōu)點和不足之處:

▲人工目檢是一種用肉眼檢察的方法。其檢測范圍有限,只能檢察器件漏裝、方向極性、型號正誤、橋連以及部分虛焊。由于人工目檢易受人的主客觀因素的影響,具有很高的不穩(wěn)定性。在處理0603、0402和細(xì)間距芯片時人工目檢更加困難,特別是當(dāng)BGA器件大量采用時,對其焊接質(zhì)量的檢查,人工目檢幾乎無能為力。

▲飛針測試是一種機(jī)器檢查方式。它是以兩根探針對器件加電的方法來實現(xiàn)檢測的,能夠檢測器件失效、元件性能不良等缺陷。這種測試方式對插裝PCB和采用。0805以上尺寸器件貼裝的密度不高的PCB比較適用。但是器件的小型化和產(chǎn)品的高密度化使這種檢測方式的不足表現(xiàn)明顯。對于0402級的器件由于焊點的面積較小探針已無法準(zhǔn)確連接。特別是高密度的消費類電子產(chǎn)品如手機(jī)等,MD探針會無法接觸到焊點。此外其對采用并聯(lián)電容、電阻等電連接方式的PCB也不能準(zhǔn)確測量。所以隨著產(chǎn)品的高密度化和器件的小型化,飛針測試在實際檢測工作中的使用量也越來越少。

▲ICT針床測試是一種廣泛使用的測試技術(shù)。其優(yōu)點是測試速度快,適合于單一品種大批量的產(chǎn)品。但是隨著產(chǎn)品品種的豐富和組裝密度的提高以及新產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短,其局限勝也愈發(fā)明顯。其缺點主要表現(xiàn)為以下幾方面①需要專門設(shè)計測試點和測試模具,制造周期長,價格貴,編程時間長②器件小型化帶來的測試?yán)щy和測試不準(zhǔn)確;③PCB進(jìn)行設(shè)計更改后,原測試模具將無法使用。

▲自動光學(xué)檢測(A01)是近幾年興起的一種檢測方法。它是通過CCD照相的方式獲得器件或PCB的圖象,然后經(jīng)過計算機(jī)的處理和分析比較來判斷缺陷和故障。其優(yōu)點是檢測速度快,編程時間較短,可以放到生產(chǎn)線中的不同位置,便于及時發(fā)現(xiàn)故障和缺陷,使生產(chǎn)、檢測合二為一?？煽s短發(fā)現(xiàn)故障和缺陷時間,及時找出故障和缺陷的成因。因此它是目前采用得比較多的一種檢測手段。但AOI系統(tǒng)也存在不足,如不能檢測電路錯誤,同時對不可見焊點的檢測也無能為力。

▲功能測試。ICT能夠有效地查找在SMT組裝過程中發(fā)生的各種缺陷和故障,但是它不能夠評估整個線路板所組成的系統(tǒng)在時鐘速度時的性能。而功能測試就可以測試整個系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計目標(biāo),它將線路板上的被測單元作為一個功能體,對其提供輸人信號,按照功能體的設(shè)計要求檢測輸出信號。這種測試是為了確保線路板能否按照設(shè)計要求正常工作。所以功能測試最簡單的方法,是將組裝好的某電子設(shè)備上的專用線路板連接到該設(shè)備的適當(dāng)電路上,然后加電壓,如果設(shè)備正常工作,就表明線路板合格。這種方法簡單、投資少,但不能自動診斷故障。

自動x射線檢查AXI(Automatic X-Ray Inspection)

根據(jù)對各種檢測技術(shù)和設(shè)備的了解,AXI工自動檢測技術(shù)與上述幾種檢測技術(shù)相比具有更多的優(yōu)點。它可使我們的檢測系統(tǒng)得到較高的提升。為我們提高“一次通過率”和爭取“零缺陷”的目標(biāo),提供一種有效檢測手段。

AXI檢測原理

AXI是近幾年才興起的一種新型測試技術(shù)。當(dāng)組裝好的線路板(PCBA)沿導(dǎo)軌進(jìn)人機(jī)器內(nèi)部后,位于線路板上方有一X-Ray發(fā)射管,其發(fā)射的x射線穿過線路板.后被置于下方的探測器(一般為攝像機(jī))接受,由于焊點中含有可以大量吸收x射線的鉛,因此與穿過玻璃纖維、銅、硅等其它材料的x射線相比,照射在焊點上的x射線被大量吸收,而呈黑點產(chǎn)生良好圖像(如圖2所示),使得對焊點的分析變得相當(dāng)直觀,故簡單的圖像分析算法便可自動且可靠地檢驗焊點缺陷。

 AXI檢測的特點。

l 對工藝缺陷的覆蓋率高達(dá)97%?？蓹z查的缺陷包括:虛焊、橋連、立碑、焊料不足、氣孔、器件漏裝等等。尤其是X-Ray對BGA、CSP等焊點隱藏器件也可檢查。

l 較高的測試覆蓋度?？梢詫θ庋酆驮诰€測試檢查不到的地方進(jìn)行檢查。比如PcBA被判斷故障,懷疑是PCB內(nèi)層走線斷裂,X-Ray可以很快的進(jìn)行查。

l 測試的準(zhǔn)備時間大大縮短。

l 能觀察到其他測試手段無法可靠探測到的缺陷,比如:虛焊、空氣孔和成型不良等。

l 對雙面板和多層板只需一次檢查（帶分層功能）。

l 提供相關(guān)測量信息,用來對生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行評估。如焊膏厚度、焊點下的焊錫量等。

AXI檢測設(shè)備

近幾年AXI工檢測設(shè)備有了較快的發(fā)展,已從過去的2D檢測發(fā)展到3D檢測,具有SPC統(tǒng)計控制功能,能夠與裝配設(shè)備相連,實現(xiàn)實時監(jiān)控裝配質(zhì)量。目前的3D檢測設(shè)備按分層功能區(qū)分有兩大類:

(1)不帶分層功能

這類設(shè)備是通過機(jī)器手對PCBA進(jìn)行多角度的旋轉(zhuǎn),形成不同角度的圖像,然后由計算機(jī)對圖像進(jìn)行合成處理和分析,來判斷缺陷。圖3是一張傾斜拍攝的BGA照片,其中正常的焊點為圓柱型,開焊焊點為圓型。 

(2)具有分層功能

計算機(jī)分層掃描技術(shù)(工業(yè)CT)技術(shù)可以提供傳統(tǒng)X射線成像技術(shù)無法實現(xiàn)的二維切面或三維立體表現(xiàn)圖。并且,避免了影象重疊、混淆真實缺陷的現(xiàn)象?？汕宄恼故颈粶y物體內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高識別物體內(nèi)部缺陷的能力,更準(zhǔn)確的識別物體內(nèi)缺陷的位置。這類設(shè)備有兩種成像方式:

x光管發(fā)射x光束并精確聚焦到被測物體的某層,被測物體置于一可旋轉(zhuǎn)的平臺上,旋轉(zhuǎn)平臺高速旋轉(zhuǎn),使焦面上的圖像清晰的呈現(xiàn)在接收器上,再由CCD照相機(jī)將圖像信號變?yōu)閿?shù)字信號,交給計算機(jī)處理和分析。如圖5。

這種方式是將x光束精確聚焦到PCB的某一層上,然后圖像由一個高速旋轉(zhuǎn)的接收面接收,由于接收面高速旋轉(zhuǎn)使處在焦點上的圖像清晰,而不在焦點上的圖像則被消除。如此得到各個不同層面的圖像,再通過計算機(jī)的合成、分析就可以實現(xiàn)對多層板和焊點結(jié)構(gòu)的檢查(如圖7)。

4 結(jié)束語

X-Ray檢測技術(shù)為SMT生產(chǎn)檢測手段帶來了新的變革,可以說它是目前那些渴望進(jìn)一步提高生產(chǎn)工藝水平,提高生產(chǎn)質(zhì)量,并將及時發(fā)現(xiàn)裝聯(lián)故障作為解決突破口的生產(chǎn)廠家的最佳選擇。隨著SMT器件的發(fā)展趨勢,其他裝配故障檢測手段由于其局限性而寸步難行,X-Ray自動檢測設(shè)備將成為SMT生產(chǎn)設(shè)備的新焦點并在SMT生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。