PCBA检测的必要性及检验方法

作为众多元件和电路信号传输的平台，印刷电路板（PCB）一直被视为电子信息产品的关键部分，其质量决定了最终产品的质量和可靠性。由于高密度，无铅和无卤素环境要求的发展趋势，如果专业和及时的检查未完成，可能会发生各种故障问题，如润湿性差，裂缝，分层等。

为了确保组装PCB的高质量和可靠性，PCB制造商和装配商必须在制造和装配过程中的不同阶段对电路板进行检查，以消除表面缺陷。此外，及时和专业的检查能够导致在电气测试之前暴露的缺陷，并有利于统计过程控制（SPC）的数据积累。表面贴装技术（SMT）的广泛应用提高了对检测的要求，因为SMT焊点必须承受比应用通孔电镀（PTH）技术更多的应力。由于取决于SMT的器件引线必须承受更多的结构负载，因此如果没有足够的焊料，器件将不会牢固地焊接到电路板上。因此，组装表面贴装器件的电路板的长期电气可靠性在很大程度上取决于焊点的结构完整性，这增加了PCBA检测的必要性。

检测技术

到目前为止，除了目视检查外，还有多种结构检测技术可供选择，具有不同的成本，性能和缺陷覆盖率。自动检测技术包括光学检测，激光三角测量，X射线检测和X射线层压技术。为了实现最佳的过程检查，制造商应该了解每种检查方法的优缺点，并明确每种类型的最佳性能。通常，PCB装配检测技术分为两种类型：目视检查和自动过程检查。

a。目视检查

在PCB组装过程中经过大量步骤后可以使用目视检查，并根据检查目标的位置选择目视检查设备。例如，在焊膏印刷和器件放置之后，检查人员能够用肉眼发现明显的缺陷，例如污染的焊膏和缺少的部件。最普遍的目视检查能够通过观察从不同角度从普通棱镜反射的光线来检查回流焊点。一般来说，这种检查只需一秒即可测试5个接头。

目视检查的有效性取决于检验人员的能力，检验标准的一致性和适用性。检查员必须充分了解每种焊点的技术要求，因为每种类型的焊点可能包含多达8种缺陷标准，而不同组装设备上可能有6种以上的焊点。因此，视觉检测不适用于有效结构过程控制的定量测量。此外，目视检查不适用于隐藏焊点检查，例如具有高密度封装的J-lead器件，超微细方形扁平器件，表面阵列倒装芯片或BGA（球栅阵列）器件。基于统一和具体的规则建立，目视检查被认为是一种低成本，易于访问的技术，适用于大型缺陷检测。

b。 结构过程测试系统（SPTS）

实时和自动视频捕获的数字化和分析系统能够显着提高视觉检测的容差和可重复性。因此，结构过程测试系统依赖于某些形式的发射光，如可见光，激光束和X射线。所有这些系统都通过处理图像来获取信息，以找出和测量与焊点质量有关的缺陷。与目视检查类似，SPTS的实施无需物理接触电路板。然而，与目视检查不同，SPTS具有如此高的可重复性，并且消除了缺陷测量的主观性。

•自动/自动光学检测（AOI）

AOI系统依靠多个光源，可编程LED库和一些相机来照亮焊点并拍摄。在反射光下，引线和焊点起反射作用，反射大部分光，而PCB和SMD反射的光很少。从焊点反射的光不能提供实际的高度数据，而反射光的图形和强度提供关于焊点曲率的信息。然后进行专业分析以确定焊点是否完整，焊料是否足够，是否发生不良润湿。除此之外，AOI系统还在回流焊接之前或之后检查焊料桥接和缺少元件或位移。 AOI设备以每秒30-50个接头的速度运行，并具有相对低成本。然而，它未能检查某些焊点的参数，例如焊缝高度和焊点中的焊料，并且未能检查隐藏的焊点，例如属于BGA，PGA和J形引线装置的焊接可靠性必不可少的焊点。总之，AOI测试在检查间距大于0.5mm的 ICs 和鸥翼设备时执行 BEST 。

•自动激光测试（ALT）测量

ALT是一种更直接的技术，用于测试高度和形状焊点或焊膏沉积。当激光束的图像聚焦在一个或多个与激光束保持一定角度的位置敏感探测器上时，该系统用于测量一些表面部件的高度和反射率。在ALT测量期间，表面高度由位置敏感探测器反射的光位置确定，而表面反射率由反射光束的功率计算出来。由于二次反射，光束可能照射在多个位置的位置敏感探测器，这需要一种区分正确测量的方案。此外，当沿位置敏感探测器的光行进时，反射光束可能遭受干扰材料的屏蔽或干扰。为了消除多次反射并防止屏蔽，该系统应沿着调节的独立光路测试反射激光束。在焊点的多个高度测量期间，ALT系统 OPTIMAL 用于在元件组装之前的焊膏沉积量和位置对准。它为焊膏印刷的实时结构过程控制提供数据，包括粘度，对齐，清洁度，流动性和挤压速度和应力。

•X射线荧光镜系统

X射线透视系统从单点光源发射光束，垂直穿过电路板。随着这个过程的继续，焊点比其他材料更大程度地削弱了光线的强度。光线能量的强度变化被转换为灰度为256的数字X射线图形。某些焊点的灰度X射线图形实际上是表示焊点厚度，分布和内部完整性的密度图像。在单面PCB上，X射线透视系统能够精确检查焊接接头缺陷，例如在J形接线装置上发生的焊接接头缺陷（包括裂缝，焊接不足，桥接，未对准，空隙等），鸥翼设备或无源芯片。除此之外，它还能够检查缺失的元件和反向钽电容器。然而，当谈到双面PCB时，X射线荧光透视系统无法准确地检查由于板两侧焊点的X射线图像可能重叠而导致的那些缺陷。

•X射线层压系统

与X射线透视系统相比，X射线层压系统通过扫描或与X射线探测器同步旋转产生水平截面区域的焦平面。在探测器上产生的离轴图像然后通过单摆动或多次摆动导致表面厚度为0.2-0.4mm的截面图像的产生，这导致均匀化。此外，焦平面的前侧和后侧的组件在层压图像中变得散焦，使得焦平面内的焊点脱离PCB上的其他材料。根据激光测距仪，X射线层压系统相对于焦平面绘制板表面位置并矫正板翘曲。之后，电路板以小的垂直增量移动，使其穿过焦平面，之后可以检查相同焊点的不同部分。它适用于 BGA 和 PTH 焊点检测。双面PCB以大的增量垂直移动以穿过焦平面以检查板两侧的焊点。通过修改光束的扫描半径和垂直移动的焦平面，可以设置不同的放大系数或视觉区域大小。 X射线层压系统可以测量不同焦平面上所有物理焊点的参数，从而可以提供工艺缺陷覆盖。由于X射线的截面图像与给定的焊膏体积之间的指示关系，灰度读数可以通过规定的标准单位或公制单位转换为实际尺寸。在对测量结果进行分析后，将提供数据用于表征和装配改进。例如，焊点的平均焊膏厚度或焊膏体积变化可以使人们意识到焊膏印刷和缺陷源的质量水平。 X射线层压系统以每秒30-40个接头的检查速度运行。它通过灵活的采样方式运行，确保100％覆盖关键设备检测，但无法覆盖100％的装配周期少于45秒的设备。 X射线层压系统在所有检测方法中成本最高，但大大缩短了搜索和返工的时间。

如何确定PCB装配检测方法？

尽管检测方法种类繁多，但AOI检查和X射线检查之间存在很大差异。下图显示了检查方法确定元素，并阐明了AOI和X射线检测效果最佳的字段。

三个要素应该是在确定检查方法时要考虑到：缺陷类型，成本和检查速度。

当涉及缺陷类型AOI和X射线覆盖时，AOI通常用于层压前的内层测试缺陷项目包括焊膏量，元件位置，缺失和极性，以及焊点缺陷。然而，前者专注于层压后的精细和微观缺陷，能够测试布线组件，半导体封装，BGA焊接缺陷，焊点空隙和高混合，低容量组装。