第10章檢測(cè)與返修工藝

第10章檢測(cè)與返修工藝

電子工業(yè)出版社同名教材何麗梅主編表面組裝檢測(cè)工藝內(nèi)容包括組裝前來料檢測(cè)、組裝工藝過程檢測(cè)（工序檢測(cè)）和組裝后的組件檢測(cè)三大類，檢測(cè)項(xiàng)目與過程如圖8-1所示。檢測(cè)方法主要有目視檢驗(yàn)、自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）、自動(dòng)X射線檢測(cè)（X-Ray或AXI）、超聲波檢測(cè)、在線檢測(cè)（ICT）和功能檢測(cè)（FCT）等。具體采用哪一種方法，應(yīng)根據(jù)SMT生產(chǎn)線的具體條件以及表面組裝組件的組裝密度而定。

圖10-1表面組裝檢測(cè)項(xiàng)目與過程

10.1來料檢測(cè)

來料檢測(cè)的對(duì)象主要有PCB、元器件和焊膏。

PCB的質(zhì)量檢測(cè)包括：

PCB尺寸測(cè)量，外觀缺陷檢測(cè)和破壞性檢測(cè)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際確定檢測(cè)項(xiàng)目，其中應(yīng)特別注意PCB的邊緣尺寸是否符合漏印的邊對(duì)準(zhǔn)精度要求；阻焊膜是否流到焊盤上；阻焊膜與焊盤的對(duì)準(zhǔn)如何。還要注意焊盤圖形尺寸是否符合要求。

元器件的檢測(cè)：引線共面性、可焊性和片式元件的制造工藝。

焊錫膏的檢測(cè)：焊錫膏的金屬百分比、粘度、粉末氧化均量，焊錫的金屬污染量，助焊劑的活性、濃度，粘結(jié)劑的黏性等。10.2.1目視檢驗(yàn)?zāi)恳暀z驗(yàn)簡便直觀，是檢驗(yàn)評(píng)定焊點(diǎn)外觀質(zhì)量的主要方法。目檢是借助帶照明、放大倍數(shù)2～5倍的放大鏡，用肉眼觀察檢驗(yàn)印刷、貼片及SMA焊點(diǎn)質(zhì)量。目視檢查可以對(duì)單個(gè)焊點(diǎn)缺陷乃至線路異常及元器件劣化等同時(shí)進(jìn)行檢查，是采用最廣泛的一種非破壞性檢查方法。但對(duì)空隙等焊接內(nèi)部缺陷無法發(fā)現(xiàn)，因此很難進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。目視檢查的速度和精度同檢查人員對(duì)焊接有關(guān)知識(shí)和識(shí)別能力有關(guān)。該方法優(yōu)點(diǎn)是簡單、成本低；缺點(diǎn)是效率低、漏檢率高，還與操作人員的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)真程度有關(guān)。但無論具備什么檢測(cè)條件，目視檢驗(yàn)是基本檢測(cè)方法，是SMT工藝和檢驗(yàn)人員必須掌握的內(nèi)容之一。

1.印刷工藝目視檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

焊錫膏印刷質(zhì)量要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10670-1995中6.1.1.2的規(guī)定。一般要求焊錫膏印刷要與焊盤圖形重合，并呈立方體；焊盤上至少有75%的面積有焊錫膏，焊錫膏超出焊盤，不應(yīng)大于焊盤尺寸的10%。

2.貼裝工藝目視檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

元器件貼裝位置精度要求執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10670-1995中6.3.1的規(guī)定。元器件電極應(yīng)與相應(yīng)焊盤對(duì)準(zhǔn)，片式元件焊端寬度至少有一半或一半以上處于焊盤上，器件引腳應(yīng)全部處于焊盤上。理想狀況可判為合格不合格

3.再流焊工藝目視檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

由于諸多因素的影響，SMA經(jīng)再流焊后，有可能出現(xiàn)橋接、短路等缺陷，影響SMA的性能和可靠性，所以在焊接后，應(yīng)對(duì)SMA進(jìn)行全檢，焊點(diǎn)質(zhì)量的評(píng)定執(zhí)行SJ/T10666-1995標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。一般要求在焊盤上形成完整、均勻、連續(xù)的焊點(diǎn)，接觸角不大于90°，焊料量適中，焊點(diǎn)表面圓滑，元器件焊端或引腳在焊盤上的位置偏差應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。10.2.2自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）

SMT電路的小型化和高密度化，使檢驗(yàn)的工作量越來越大，依靠人工目視檢驗(yàn)的難度越來越高，判斷標(biāo)準(zhǔn)也不能完全一致。目前，生產(chǎn)廠家在大批量生產(chǎn)過程中檢測(cè)SMT電路板的焊接質(zhì)量，廣泛使用自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）或自動(dòng)X射線檢測(cè)（X-Ray）。自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）主要用于工序檢驗(yàn)；包括焊膏印刷質(zhì)量、貼裝質(zhì)量以及再流焊爐后質(zhì)量檢驗(yàn)。

1．A0I分類

AOI中文含義為自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)，可泛指自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)或自動(dòng)光學(xué)檢查設(shè)備。AOI設(shè)備一般可分為在線式（在生產(chǎn)線中）和桌面式兩大類。（1）根據(jù)在生產(chǎn)線上的位置不同，AOI設(shè)備通?？煞譃槿N。①放在焊錫膏印刷之后的AOI。可以用來檢測(cè)焊錫膏印刷的形狀、面積以及焊錫膏的厚度。②放在貼片機(jī)后的AOI。可以發(fā)現(xiàn)元器件的貼裝缺漏、種類錯(cuò)誤、外形損傷、極性方向錯(cuò)誤，包括引腳（焊端）與焊盤上焊錫膏的相對(duì)位置。③放在再流焊后的AOI。可以檢查焊接品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)有缺陷的焊點(diǎn)。圖10-3AOI在生產(chǎn)線中不同位置的檢測(cè)示意圖最常見的檢測(cè)位置

（2）根據(jù)攝像機(jī)位置的不同，AOI設(shè)備可分為垂直式相機(jī)和傾斜式相機(jī)的AOI。（3）根據(jù)AOI使用光源情況的不同可分為兩種：①使用彩色鏡頭的機(jī)器，光源一般使用紅、綠、藍(lán)三色，計(jì)算機(jī)處理的是色比；②使用黑白鏡頭的機(jī)器，光源一般使用單色，計(jì)算機(jī)處理的是灰度比。

2．A0I的工作原理

AOI基本有設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)（DRC）和圖形識(shí)別兩種方法。

AOI通過光源對(duì)PCB板進(jìn)行照射，用光學(xué)鏡頭將PCB的反射光采集進(jìn)計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)包含PCB信息的色彩差異或灰度比進(jìn)行分析處理，從而判斷PCB板上焊錫膏印刷、元件放置、焊點(diǎn)焊接質(zhì)量等情況，可以完成的檢查項(xiàng)目一般包括元器件缺漏檢查、元器件識(shí)別、SMD方向檢查、焊點(diǎn)檢查、引線檢查、反接檢查等。在記錄缺陷類型和特征的同時(shí)通過顯示器把缺陷顯示/標(biāo)示出來，向操作者發(fā)出信號(hào)，或者觸發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)取下不良部件送回返修系統(tǒng)。圖10-4AOI的工作原理模型調(diào)色原理：◆AOI所使用的光源由紅、綠、藍(lán)、白四種光組成，為同軸碗狀高亮光源，得到一個(gè)3.0的感光圖像；◆焊點(diǎn)(焊錫膏)處于斜面，大部分黃色光通過斜面反射出，而藍(lán)色光則通過斜面反射進(jìn)入攝像頭，所以焊點(diǎn)在電腦中顯示為藍(lán)色；◆元件本體表面粗糙，黃色光與藍(lán)色光照射在其表面都產(chǎn)生漫反射，根據(jù)調(diào)色原理藍(lán)色與黃色組合成白色，相當(dāng)于白光照射元件，在電腦中顯示為元件本色；◆焊盤表面光滑，黃色光照射在其表面產(chǎn)生鏡面反射進(jìn)入攝像頭，而大部分藍(lán)色光則反射出，所以在電腦中焊盤顯示為黃白色。彩色攝像機(jī)成像原理示意圖10.2.3自動(dòng)X射線檢測(cè)（X-ray）

AOI系統(tǒng)的不足之處是只能進(jìn)行圖形的直觀檢驗(yàn)，檢測(cè)的效果依賴光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，它不能檢測(cè)不可見的焊點(diǎn)和元器件，也不能從電性能上定量地進(jìn)行測(cè)試。

X-Ray檢測(cè)是利用X射線可穿透物質(zhì)并在物質(zhì)中有衰減的特性來發(fā)現(xiàn)缺陷，主要檢測(cè)焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷，如BGA、CSP和FC中Chip的焊點(diǎn)檢測(cè)。尤其對(duì)BGA組件的焊點(diǎn)檢查，作用無可替代，但對(duì)錯(cuò)件的情況不能判別。

1.X-ray檢測(cè)工作原理

X射線透視圖可以顯示焊點(diǎn)厚度、形狀及質(zhì)量的密度分布；能充分反映出焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量，包括開路、短路、孔、洞、內(nèi)部氣泡以及錫量不足，并能做到定量分析。X-ray檢測(cè)最大特點(diǎn)是能對(duì)BGA等部件的內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)組裝好的線路板（SMA）沿導(dǎo)軌進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部后，位于線路板下方有一個(gè)X射線發(fā)射管，其發(fā)射的X射線穿過線路板后被置于上方的探測(cè)器（一般為攝像機(jī)）接受，由于焊點(diǎn)中含有可以大量吸收X射線的鉛，照射在焊點(diǎn)上的X射線被大量吸收，因此，與穿過其他材料的X射線相比，焊點(diǎn)呈現(xiàn)黑點(diǎn)產(chǎn)生良好圖像，使對(duì)焊點(diǎn)的分析變得相當(dāng)直觀，故簡單的圖像分析算法便可自動(dòng)且可靠地檢驗(yàn)焊點(diǎn)缺陷。

2D檢驗(yàn)法為透射X射線檢驗(yàn)法，對(duì)于單面板上的元件焊點(diǎn)可產(chǎn)生清晰的視像，但對(duì)于目前廣泛使用的雙面貼裝線路板，效果就會(huì)很差，會(huì)使兩面焊點(diǎn)的視像重疊而極難分辨。而3D檢驗(yàn)法采用分層技術(shù)，即將光束聚焦到任何一層并將相應(yīng)圖像投射到一高速旋轉(zhuǎn)的接受面上，由于接受面高速旋轉(zhuǎn)使位于焦點(diǎn)處的圖像非常清晰，而其它層上的圖像則被消除，故3D檢驗(yàn)法可對(duì)線路板兩面的焊點(diǎn)獨(dú)立成像，其工作原理如圖10-7所示。X射線發(fā)射管PCBCCD攝像機(jī)圖像增強(qiáng)設(shè)備

3DX-ray技術(shù)除了可以檢驗(yàn)雙面貼裝線路板外，還可對(duì)那些不可見焊點(diǎn)如BGA等進(jìn)行多層圖像“切片”檢測(cè)，即對(duì)BGA焊接連接處的頂部、中部和底部進(jìn)行徹底檢驗(yàn)。同時(shí)利用此方法還可測(cè)通孔焊點(diǎn)，檢查通孔中焊料是否充實(shí)，從而極大地提高焊點(diǎn)連接質(zhì)量。10.3ICT在線測(cè)試

ICT是英文InCircuitTester的簡稱，中文含義是“在線測(cè)試儀”。ICT可分為針床ICT和飛針I(yè)CT兩種。飛針I(yè)CT基本只進(jìn)行靜態(tài)的測(cè)試，優(yōu)點(diǎn)是不需制作夾具，程序開發(fā)時(shí)間短。針床式ICT可進(jìn)行模擬器件功能和數(shù)字器件邏輯功能測(cè)試，故障覆蓋率高；但對(duì)每種單板需制作專用的針床夾具，夾具制作和程序開發(fā)周期長。在SMT實(shí)際生產(chǎn)中，除了焊點(diǎn)質(zhì)量不合格導(dǎo)致焊接缺陷以外，元器件極性貼錯(cuò)、元器件品種貼錯(cuò)、數(shù)值超過標(biāo)稱值允許的范圍，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷，因此生產(chǎn)中不可避免的要通過ICT進(jìn)行性能測(cè)試，檢查出影響其性能的相關(guān)缺陷，并根據(jù)暴露出的問題及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝。10.3.1針床式在線測(cè)試儀

1.針床式在線測(cè)試儀的功能與特點(diǎn)針床式在線測(cè)試儀是通過對(duì)在線元器件的電性能及電氣連接進(jìn)行測(cè)試來檢查生產(chǎn)制造缺陷及元器件不良的一種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試手段。ICT使用專門的針床與已焊接好的線路板上的元器件焊點(diǎn)接觸，并用數(shù)百mV電壓和10mA以內(nèi)電流進(jìn)行分立隔離測(cè)試，從而精確地測(cè)量所裝電阻、電感、電容、二極管、可控硅、場(chǎng)效應(yīng)管、集成塊等通用和特殊元器件的漏裝、錯(cuò)裝、參數(shù)值偏差、焊點(diǎn)連焊、線路板開、短路等故障，并將故障是哪個(gè)元件或開路位于哪個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確告訴用戶。由于ICT的測(cè)試速度快，并且相比AOI和AXI能夠提供較為可靠的電性能測(cè)試，所以在一些大批量生產(chǎn)電子產(chǎn)品的企業(yè)中，成為了測(cè)試的主流設(shè)備。

圖10-9是針床式在線測(cè)試儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

10.3.2飛針式在線測(cè)試儀

1.飛針測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能飛針式測(cè)試儀是對(duì)傳統(tǒng)針床在線測(cè)試儀的一種改進(jìn)，它用探針來代替針床，在x－y機(jī)構(gòu)上裝有可分別高速移動(dòng)的4～8根測(cè)試探針（飛針），最小測(cè)試間隙為0.2mm。工作時(shí)在測(cè)單元（UUT）通過皮帶或者其他傳送系統(tǒng)輸送到測(cè)試機(jī)內(nèi)，然后固定，測(cè)試儀的探針根據(jù)預(yù)先編排的坐標(biāo)位置程序移動(dòng)并接觸測(cè)試焊盤（testpad）和通路孔（via），從而測(cè)試在測(cè)單元的單個(gè)元件，測(cè)試探針通過多路傳輸系統(tǒng)連接到驅(qū)動(dòng)器（信號(hào)發(fā)生器、電源等）和傳感器（數(shù)字萬用表、頻率計(jì)數(shù)器等）來測(cè)試UUT上的元件。飛針測(cè)試儀可以檢查電阻器的電阻值、電容器的電容值、電感器的電感值、器件的極性，以及短路（橋接）和開路（斷路）等參數(shù)。

2.飛針測(cè)試儀的特點(diǎn)

①較短的測(cè)試開發(fā)周期，系統(tǒng)接收到CAD文件后幾小時(shí)內(nèi)就可以開始生產(chǎn)，因此，原型電路板在裝配后數(shù)小時(shí)即可測(cè)試。②較低的測(cè)試成本，不需要制作專門的測(cè)試夾具。③由于設(shè)定、編程和測(cè)試的簡單與快速，一般技術(shù)裝配人員就可以進(jìn)行操作測(cè)試。④較高的測(cè)試精度，飛針在線測(cè)試的定位精度（10μm）和重復(fù)性（±10μm）以及尺寸極小的觸點(diǎn)和間距，使測(cè)試系統(tǒng)可探測(cè)到針床夾具無法達(dá)到的PCB節(jié)點(diǎn)。與針床式在線測(cè)試儀相比，飛針式ICT在測(cè)試精度、最小測(cè)試間隙等方面均有較大幅度的提高。⑤飛針測(cè)試缺點(diǎn)：因?yàn)闇y(cè)試探針與通路孔和測(cè)試焊盤上的焊錫發(fā)生物理接觸，可能會(huì)在焊錫上留下小凹坑。對(duì)于某些客戶來說，這些小凹坑可能被認(rèn)為是外觀缺陷，造成拒絕接受；因?yàn)橛袝r(shí)在沒有測(cè)試焊盤的地方探針會(huì)接觸到元件引腳，所以可能會(huì)檢測(cè)不到松脫或焊接不良的元件引腳。⑥飛針測(cè)試時(shí)間過長是另一個(gè)不足，傳統(tǒng)的針床測(cè)試探針數(shù)目有500～3000只，針床與PCB一次接觸即可完成在線測(cè)試的全部要求，測(cè)試時(shí)間只要幾十秒，針床一次接觸所完成的測(cè)試，飛針需要許多次運(yùn)動(dòng)才能完成，時(shí)間顯然要長的多。飛針測(cè)試儀要求操作員測(cè)試完一面，然后翻轉(zhuǎn)再測(cè)試另一面，由此看出飛針測(cè)試并不能很好適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求。10.5SMA返修技術(shù)

SMA的返修，通常是為了去除失去功能、損壞引線或排列錯(cuò)誤的元器件，重新更換新的元器件?；蛘哒f就是使不合格的電路組件恢復(fù)成與特定要求相一致的合格的電路組件。返修和修理是兩個(gè)不同的概念，修理是使損壞的電路組件在一定程度上恢復(fù)它的電氣機(jī)械性能，而不一定與特定要求相一致。完成返修必須采用安全而有效的方法和合適的工具。習(xí)慣上返修被看作是操作者掌握的手工工藝，實(shí)際上，高度熟練的維修人員也必須借助返修工具才可以使修復(fù)的SMA產(chǎn)品完全令人滿意。目前，倒裝芯片、CSP、BGA等新型封裝器件對(duì)裝配工藝提出了更高的要求，對(duì)返修工藝的要求也在提高，此時(shí)手工返修已無法滿足這種新要求。10.5.1SMT電路板維修工作站維修工作站實(shí)際是一個(gè)小型化的貼片機(jī)和焊接設(shè)備的組合裝置，對(duì)采用SMT工藝的電路板進(jìn)行維修，或者對(duì)品種變化多而批量不大的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)，SMT維修工作站都能夠發(fā)揮很好的作用。維修工作站裝備了高分辨率的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)，操作者可以從監(jiān)視器的屏幕上看到放大的電路焊盤和元器件電極的圖像，使元器件能夠高精度地定位貼片；高檔的維修工作站甚至有兩個(gè)以上攝像鏡頭，能夠把從不同角度攝取的畫面疊加在屏幕上，操作者可以通過監(jiān)視屏幕仔細(xì)調(diào)整貼裝頭，讓兩幅畫面完全重合，實(shí)現(xiàn)多引腳器件在電路板上的準(zhǔn)確定位。對(duì)于任何BGA器件、Flip-Chip、QFN、MLF、QFP、PLCC、SOP、金屬屏蔽罩、通孔IC座、通孔器件、柔性板，塑料元器件、異形器件、連接器等均具有優(yōu)良的返修能力。10.5.2返修的基本過程

1.取下故障元器件將焊點(diǎn)加熱至熔點(diǎn)，然后小心地將元器件從板上拿下。注意焊料必須完全熔化，以免在取走元器件時(shí)損傷焊盤。返修系統(tǒng)應(yīng)保證這部分工藝盡可能簡單并具有重復(fù)性。加熱噴嘴對(duì)準(zhǔn)好元器件以后即可進(jìn)行加熱，一般先從底部開始，然后將噴嘴和元器件吸管分別降到PCB和元器件上方，開始頂部加熱。加熱結(jié)束時(shí)許多返修工具的元器件吸管中會(huì)產(chǎn)生真空，吸管升起將元器件從板上提起。在焊料完全熔化以前吸起元器件會(huì)損傷板上的焊盤，“零作用力吸起”技術(shù)能保證在焊料液化前不會(huì)取走元器件。

2.PCB預(yù)處理在將新元器件換到返修位置前，該位置需要先做預(yù)處理。預(yù)處理包括兩個(gè)步驟：除去殘留的焊料和添加助焊劑或焊膏。①除去焊料。除去殘留焊料可用手工或自動(dòng)方法，手工方式的工具包括烙鐵和銅吸錫線，手工工具用起來很困難，對(duì)于小尺寸CSP和倒裝芯片焊盤還很容易受到損傷。自動(dòng)化焊料去除工具可以非常安全地用于高精度板的處理。有些清除器是自動(dòng)化非接觸系統(tǒng)，使用熱風(fēng)使殘留焊料液化，再用真空將熔化的焊料吸入一個(gè)可更換的過濾器中。清除系統(tǒng)一排一排依次掃過線路板，將所有焊盤陣列中的殘留焊料除掉。對(duì)PCB和清除器加熱要進(jìn)行控制，以提供均勻的處理過程，避免PCB過熱。圖10-12自動(dòng)化焊料去除工具

②助焊劑、焊錫膏涂敷。在返修工藝中，一般是用刷子將助焊劑直接刷在PCB上。CSP和倒裝芯片的返修很少使用焊錫膏，只要稍稍使用一些助焊劑就足夠了。BGA返修場(chǎng)合，焊錫膏涂敷的方法可采用模板或可編程分配器。許多BGA返修系統(tǒng)都提供一個(gè)小型模板裝置來涂敷焊錫膏。但模板尺寸必須很小，除了用于涂敷焊錫膏的小孔就幾乎沒有空間了，由于空間小，因此很難涂敷焊錫膏并取得均勻的效果。另一種工藝是用元器件印刷臺(tái)直接將焊錫膏涂在元器件上，該裝置還可在涂敷焊錫膏后用作元