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1、X RRY 检测的原理与应用 上海贝尔有限公司李瑜 随着电子技术的飞速发展，S M T 技术已越来越普及，芯 片的体积也越来越小，且芯片的引脚越来越多，特别是近年 来出现的B G A ( B a l lG r id f f a Y ) 芯片等，由于B G A 芯片的引 脚不是按常规设计分布在四周，而是分布在芯片的底面无 疑通过传统的人工视觉检验是根本不能判断焊点的好坏，必 须通过I c T 甚至功能测试但一般情况下如存在批量错误， 就不能及时被发现调整且人工视觉检验是最不精确和重复 性最差的技术，因此X - R a Y 检验技术被越来越广泛地应用于 S M T 回流焊后的质量检验。它不仅可以对
2、焊点进行定性定量分 析，而且可及时发现故障，进行调整 一X - R a Y 机器工作原理： 当板子沿导轨进入机器内部后，位于板子上方有一X - R a y 发射管，其发射的x 射线穿过板子被 置于下方的探测器( 一般为摄像机) 所接受，由于焊点中含有可以大量吸 收x 射线的铅，因此与穿过玻璃纤维 铜、硅等其它材料的x 射线相比，照 射在焊点上的x 射线被大量吸收，而 呈黑点产生良好的图像，使得对焊点 的分析变得相当简单直观( 见图一) 故简单的图像分析算法便可自动且可 靠地检验焊点的缺陷 图一 二X - R a y 技术： X - R a y 技术已从已往的2 D 检验法发展到目前的3 D 检
3、验 法，前者为透射x 射线检验法，对于单面板上的器件焊点可 产生清晰的祝像，但对于目前广泛使用的双面回流焊板子， 效果就很差，会使两面焊点的视像重叠而极难分辨但后者 3 D 检验法是采用分层技术，即将光束聚焦到任何一层并将相 应图像投射到一高速旋转的接受面上，由于接受面高速旋转 使位于焦点处的图像非常清晰，而其它层上的图像则被消除 ( 见图二) ，故3 D 检验法可对板子两面的焊点独立成像 2 D 检验法3 D 检验法 图二 3 DX - R a Y 技术除了可以检验双面焊接板外，还可对那些 不可见焊点如B G A 等进行多层图像“切片”检测，即对B G A 焊球连接处的顶部、中部和底部进行彻
4、底检验同时利用此 方法还可测通孔( P T H ) 焊点，检查通孔中焊料是否充实，从 而极大地提高焊点的连接质量 三X R a y 取代I C T ： 随着印刷板密度越来越高，器件越来越小，在对印制板 设计时留给I C T 测试的点空间越来越小，甚至被取消此外 对于复杂印制板，如果直接从S M T 生产线送至功能测试岗位， 不仅会导致合格率下降，而且会增加板子的故障诊断和返修 费用，甚至会造成交货延误，在如今激烈的竞争市场上失去 竞争力如果此时用x R a Y 检验取代I c T ，可保证功能测的 生产率，减小故障诊断和返修工作此外，在S M T 生产中通 过用x R a Y 进行抽查，能降低
5、甚至消除批量错误值得注意 的是：对那些I c T 不能测出的焊锡太少或过多、冷焊或气孔 等X - R a y 也可测得，而此类缺陷能轻易通过I C T 甚至功能测 试而不被发现，从而影响产品寿命。当然x R a y 不能壹出器 件的电气缺陷，但这些都可在功能测中被检验出来总之增 加x R a Y 检测不仅不会漏掉制造过程中的任何缺陷，而且能 查出一些Ic T 查不出的缺陷 综合以上各因素，3 DX - R a Y 机器可以跟据每个焊点的尺 寸形状及特性进行评估，自动将不可接受和临界焊点检测出 来，临界焊点即会导致产品过早失效的焊点，当然这些临界 焊点在其它测试上都会被认为“良好”焊点 四3 D
6、X - R a y 参数设置( 以H P5 D xS er i es 2 L 为例) ： 一般用X - R a y 检测某一板子时，先编辑程序如：设定板 子的尺寸、元件的位置、元件的封装形式、焊盘位置大小及 摄像机参数设置等，待程序编辑完善后，则运行板子可得到 一系列图像( 如图三) 此时再调整参数，所有引脚都需设置 焊点脚跟部( H e e l ) 焊点中部( C o n t er ) 焊点脚尖部( T o e ) 图三 其L o c 8 t o r ( 寻找焊盘位置并定位) 和S P C ( 进行数据采集设 置) 通过S P C 数据采集设置判断焊点的H e e l 、C o n t e
7、r 和T o o 位置并得到该焊点的描述曲线( 见图四) 在此基础上可对焊 点进行其余特性进行判断，主要是该 几方面：E x c e ss 、I ns u f f ic ic i l t 、 M is81ig n m o l l t 、0 p er i 、S h a P e 、 S h 0T t 、S 0 1 d or b a l I 和V o id in g 在参数调整设置时，一般先以默 认值为主然后再根据自己的要求 图四 5 5 0 作相应调整，但有些默认值不是很好，现根据经验列表如下 供参考( 见表一) ： S u b t y p e A l g o r i t h m m e s h
8、o l dD e f a u l t S u g g e s t F P O u l l w i n g S P CC e n t e rP o s i t i o n0 5O 6 H e e l _ R i n g e o i s t a n c e 0 1 50 5 P a d _ P r o f i l e _ w i d t h O 6O 5 T o e _ S R C H _ T e c h n i q u e 3l M i s a l i g nM a x l - I c e I S h i f t O u t 1 0 0 m i l st 0 2 0m i l s M a x ，
9、H e e l S h i f t I n 1 0 0 m i l s1 0 2 0m i l s M a x H e e l S h i f l A c r o s s 1 5 3 0 G u l l w i n g S P CC e n t e rP o s i t i o nO 5 0 6 M i s a l i g nM a x _ S m e a r _ T h i c k lm i I4 m i l s M a x H e e l S h i f t O u t 1 0 0 m i l s1 0 2 0m i I s M a x H e e l S h i l t I n 1 0
10、0 m i l s 1 0 2 0m i l s J - L e a dS P C P a d _ _ P r o f i l ew i d t h O 7 50 6 M i s a l i g n M a x _ S m e a r _ T h i c k lm i l3 m i l s P C A PI n s u 箭c i e n tS o l d e rR e j e c t ? C T 5 0 3 0 R e s i s t o rS P C D e l t aS p a c i n gO 20 1 2 D e l t aR e g i o n _ S i z e 0 20 1 2
11、R E L O CS e a r c h _ R a d i u sO 1 5O 1 2 表一 注：在S P C 里各参数的设置，只是为了对不同的引脚开路判 断更准确而好的焊点又不会被误判为开路M i s a l i g n 里参数的 设置，主要是使焊点偏离焊盘量小一点，特别是这类I c 元件 I n s u 衔c i e n t 里参数的设置，主要是P C A P 元件焊点锡延伸至引脚 上的高度大于常规量的3o 即可，以减少机器报假故障 五使用3 DX - R ay 前后比较 由于3 DX - R a y 在我公司使用时间不长，故所收集的数 据还很不完善，首先我们对一种含有B G A 的s
12、1 240 板子作了 些统计比较，使用X - R a y 之前共10 周8 9 58 块通过目检流入 I C T 测试后有开路元件1 1 1 块板子、短路元件14 1 块板子及 漏料10 块板子，总的焊接故障为2 9 2 。其中还不包括那些 I C T 测不出的临界焊点，特别是锡少和气孔等，通过故障率 分布图( 见图五) 可以清楚地看到，故障分布无任何规律， 完全受人为因素的影响。而对那些直接通过X - R a y 检查后的 板子，至今已有数百块板子在I C T 这类焊接故障就完全消除 了同时可将信息及时反馈给贴装工序，使造成这类故障的 图五 原因能被及时排除掉如在这块板子上常见的开路故障是一
13、 拷贝集成块的两端引脚，由于其是鸥翅型元件，在拷贝程序 时极易碰伤引脚，故及时反馈信息给操作人员工作时必须谨 慎，而对于短路故障常见于F i n eP i tc h 元件，一般是由丝印 引起的，可立刻对丝印机工艺参数进行调整如：增加到刀压 力、减小刮刀运行速度和增加网板的清洁频率等总之，通 过x R a Y 机器检测可以使该板子在I c T 上的一次通过宰提高 近三个百分点 此外，我们还碰到开路问题比较突出的是一个网络电 阻，该电阻为鸥翅型封装元件，其引脚比常规元件要短，在 贴装中与焊盘呈点接触。只要引脚共面性稍微有些不好( 但 在许可误差范围内) 就会引起开路，人工几乎无法对其判断， 在得到
14、无法更改器件的信患后，为了提高I C T 的一次通过率， 检验员不管好坏都给引脚加锡，造成的后果不仅浪费劳动力、 5 5 2 降低产品质量有时甚至造成板子报废。当然对于该元件在x R aY 机器上也碰到了类似的问题，一开始我们按常规，对该 类元件进行一层扫描测试( 位于高出板面3m i ls 处) ，但无 论怎样调整参数，不是漏判开路，就是把好的焊点一起误判 成开路，怎么也不能正确判断，经过多次反复调整毫无结果 后，才考虑到机器具有分层扫描测试功能，对该元件再增加 一层扫描( 最后将增加的一层定于高出板面8m i1S 处) ，再 通过合理调整参数，就非常容易把真正的开路焊点判断出来 了。 通过以上例子可以清楚地看到，只要合理使用x R a Y 机器，就能有效地改善I c T 上的一次通过率甚至取消I C T 测 试。 六结束语 未来的发展趋势必将使I c T 空间缩小，不可见焊点如B G A 等增多，对焊接的质量要求更高而X - R a y 检测机器在我公 司乃至全国的使用还刚刚起步，为提高其利用率和误判率还 需在实践中不断摸索不断完善从而使我国的表面贴装工艺 更上一个台阶。
