PCB线路板品质检查及SMT贴片加工技术的缺失

(一)、x光摄像

组装后，利用X-Ray可以看到搭桥， 开路，焊料不足、焊料过多、落球、爆米花以及隐藏在BGA腹部底部的最常见的孔。下表显示了可以实施各种检查方法的场合和功效。

(2)扫描超声显微镜

SAM扫描可用于检查成品组装板的各种隐藏情况，包装行业用于检测各种隐藏的孔洞和层。这种SAM方法可分为A  (点状)、B(线性)、C(平面)三种扫描成像模式，其中最常用的是C-SAM平面扫描仪。

图1，左图是SAM原理简图；右边的图是编辑补充的C-SAM摄影图。

表面贴装芯片加工

(3)侧视锐利法

该方法可用于对局限于死区的小物体进行光学放大的侧面目视检查。BGA的球脚焊接可以用来检查外环。这种方法是用棱镜旋转90的镜头进行对焦，然后用高分辨率的CCD进行画面传输。放大倍数在50倍到200倍之间，也可以进行正片和逆光观察。銲点可以看出以下几个方面：整体外观、吃锡情况、銲点形状、銲点表面花纹、助焊剂残留等缺点。但这种方法看不到BGA的内球，需要用很细的光纤管内窥镜伸入腹部直接观察。但是，虽然想法好，但是不实用，而且贵，容易坏。

图2，左边是沿边缘抓图的侧视图放大镜，右边是纤维管内窥镜放大镜伸入腹底直接观察的实际情况。

图3，左边是侧视图显微镜外围球脚的放大图；右图是编辑添加高铅非侏儒球脚完成焊接的图片。

(4)、螺丝刀强度测量方法

利用专用螺丝刀旋转时的扭矩，提起并撕开銲点，观察其强度。虽然这种方法可以发现缺陷，如銲点浮动，界面分裂，或焊接体开裂，但它并不适合薄板效果。

图4，该图说明了使用简单的手动工具来检测銲点强度

(5)显微切片法

这种方法不仅需要各种各样的样品制备设施，还需要高超的技巧和丰富的解释知识，以便用破坏性的方法找出正确的问题。

(6)渗透染色法(俗称红墨水法)

将样品浸入稀释的特殊红色染料溶液中，使各种銲点的裂纹和小孔被毛细管渗透，然后干燥。当每个测试球脚被用力拉开或撬开时，可以检查横截面上是否有红斑，并看到銲点的完整性。这种方法也称为染料和撬，其染液也可以与荧光染料分开制备，这将更容易在紫外光环境中看到染料相。

图5和这两个图说明了BGA的角球焊点是否有裂纹的证据。

二、球脚洞等缺点

(一)、銲点凹陷的成因

各种SMT焊膏形成的銲点必然会有大小不一的孔洞，尤其是BGA/CSP球脚型銲点的孔洞更多，经过进入高热无铅焊接后，孔洞的趋势更加糟糕。调查其原因可分为几类：

(1)有机材料：焊膏含有约10-12% wt的有机物，其中更多的助焊剂影响最大，各种助焊剂的开裂和析气程度不同，所以最好的政策是选择析气率较小的。其次，高温下的焊剂会附着在焊料表面的氧化物上，所以那些能快速去除氧化物的人可以减少空洞的形成。由于无铅焊接性不好，也会使空洞恶化。

(2)焊料：当熔化的焊料接触到干净的待焊接表面时，会立即产生IMC，焊接牢固。但是这种反应会受到焊料表面张力的影响，表面张力越高的焊料内聚力越大，因此向外膨胀所需的附着力或流动性会变得更差。因此，表面张力高的SAC305焊膏銲点中的有机物或气泡无法从焊料本体中逸出，只能滞留在本体内而变得中空。首先，一旦焊球的熔点低于焊膏的熔点，空腔就会浮到球内，聚集更多。接下来的两个图是他们想法的图解

图6和右图显示，当焊球先熔化，焊膏后熔化时，形成的气泡会漂浮到球体中。

(3)表面处理：如果焊盘表面处理的薄膜容易沾锡，其空隙会减少；否则，缩锡或拒焊会导致气泡聚集形成大洞。至于容易引起銲点开裂的界面微孔，浸镇和银较为常见。银，表面有一层透明的有机薄膜，可以用来防止银变色；焊接时，银层会迅速溶解在液态锡中，形成Ag3Sn5的IMC。残留的有机膜在高热下必然会开裂，变成微孔，专门称为“香槟浸泡”。所以已知银层不宜过厚，宜小于0.2  m，OSP过厚也会产生界面微孔，其膜厚不宜超过0.4 m

图7。左边是编辑器切到球脚下的大孔，右边是PCB浸银焊盘表面的接口微孔

图8。浸银镀是在酸性镀液的铜表面置换生成的膜。为了同时完成抗变色功能，在外表面附着一层有机分子薄膜，使银表面不会过度变质，影响可焊性。在随后的焊接反应中，中银会迅速溶解到液态钹中，形成Ag3Sn5片状IMC。留在界面上的有机薄膜一旦遇到高热，很可能会裂成无数个小空腔，专门称为“香槟浸泡”。

(4)有时，焊盘面积较大时，更容易出现孔洞或微孔。此时可采用劈裂法增加几条出气沟，或印刷绿色油漆十字准线，方便气体逸出，避免出现孔洞。至于微盲孔造成的空洞，电镀铜孔是最好的选择。减少空隙的其他有效方法是避免焊膏吸水，防止铜表面过度粗糙或有机残留膜。

(2)、空验收规范

球脚空隙太多会影响其导电性和传热，焊点可靠性不好。在下表中，平面图截面中空腔直径的允许接受上限为球体直径的25%，这25%的直径约为总接触面积的6%，大小空腔必须一起计算。事实上，球销与载板或电路板的上下焊盘之间的界面空隙是导致开裂的主要原因。

图9和左图显示，在平面图中，空腔的直径不应超过球体直径的25%。中间的图显示，如果空腔直径占球体直径的35%，它大约等于垫表面面积的12%。右边是配合专用软件的新型X-Ray仪，可以测量球径、空腔面积、单个大孔等数据。

(3)、空心分类

BGA孔根据位置和来源可以分为五类。凭良心说，上表孔的分类很粗糙，以后肯定会修改。

(4)搭桥

球脚之间搭桥短路的原因可能包括焊膏印刷不良、组件放置不正确、放置后手动调整或焊接时溅锡。开口的原因是焊膏印刷不良、放置后转移、共面性差或板面焊盘焊接不良等。

(5)冷子弹

冷焊的主要原因是：热量不足，焊料与焊接表面之间没有形成IMC，或者IMC的数量和厚度不足，不能显示出很强的强度。这种缺陷只能用光学显微镜和显微切片仔细检查。