電路組裝的X-ray檢測技術(shù)

　　摘 要：高密度封裝技術(shù)的飛速發(fā)展也給測試技術(shù)提出了新挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對挑戰(zhàn)，新的測試技術(shù)不斷涌現(xiàn)，X-ray檢測技術(shù)就是其中之一，它能有效控制BGA的焊接和組裝質(zhì)量。介紹X-ray檢測技術(shù)的原理及未來發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞：X-ray檢測,線路板,球柵陳列封裝,電路組裝,檢測,X-ray檢測

　　中圖分類號：TN407 文獻標識碼：A 文章編號：1004-4507（2005）09-0034-03


　　隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，封裝小型化和組裝的高密度化以及各種新型封裝技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，對電路組裝質(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)就是這其中的典型代表。它不僅可對不可見焊點進行檢測，如BGA（Ball Grid Array，球柵陳列封裝）等，還可對檢測結(jié)果進行定性、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)的原理，以共同行參考。

　　1 測試技術(shù)的種類

　　目前在電子組裝領(lǐng)域中使用的測試技術(shù)種類繁多，常用的有人工目檢（Manual visual inspection,簡稱MVI）、在線測試（In-circuit tester,簡稱ICT)、自動光學(xué)測試(Automatic Optical Inspection，簡稱AOI)、自動X射線測試(Automatic X-ray Inspection，簡稱AXI)、功能測試(Functional Tester，簡稱FT)等。這些檢測方式都有各自的優(yōu)點和不足之處：

　　(1)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和細間距芯片時人工目檢更加困難，特別是當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。

　　(2)飛針測試是一種機器檢查方式。它是以兩根探針對器件加電的方法來實現(xiàn)檢測，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確連接。特別是高密度的消費類電子產(chǎn)品如手機，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。

　　(3)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，其局限性也越發(fā)明顯。其缺點主要表現(xiàn)為以下幾方面：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；器件小型化帶來的測試困難和測試不準確；PCB進行設(shè)計更改后，原測試模具將無法使用。

　　(4)自動光學(xué)檢測(AOI)是近幾年興起一種檢測方法。它是通過CCD照相的方式獲得器件或PCB的圖像，然后經(jīng)過計算機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)、檢測和二為一�？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。

　　(5)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，它將線路板上的被測單元作為一個功能體，對其提供輸入信號，按照功能體的沒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。

　　2 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(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，提供一種有效檢測手段。

　　2.1 AXI檢測原理(見圖1)



　　AXI是近幾年才興起的一種新型測試技術(shù)。當組裝好的線路板(PCBA)沿導(dǎo)軌進入機器內(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)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。



　　2.2 AXI檢測的特點

　　(1)對工藝缺陷的覆蓋率高達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。

　�。�2）較高的測試覆蓋度。可以對肉眼和在線測試檢查不到的地方進行檢查。比如PCBA被判斷故障，懷疑是PCB內(nèi)層走線斷裂，X-ray可以很快地進行檢查。

　�。�3）測試的準備時間大大縮短。

　�。�4）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。

　　（5）對雙面板和多層板只需一次檢查（帶分層功能）。

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

　　2.3 AXI檢測設(shè)備

　　近幾年AXI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3D檢測設(shè)備按分層功能區(qū)分有兩大類：不帶分層功能與具有分層功能。

　　2.3.1 不帶分層功能

　　這類設(shè)備是通過機器手對PCBA進行對角度旋轉(zhuǎn)，形成不同角度的圖像，然后由計算機對圖像進行合成處理和分析，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。



　　2.3.2 具有分層功能

　　計算機分層掃描技術(shù)可以提供傳統(tǒng)X射線成像技術(shù)無法實現(xiàn)的二維切面或三位立體表現(xiàn)圖，并且避免了影像重疊、混淆真實缺陷的現(xiàn)象，可清楚的展示被測物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高識別物體內(nèi)部缺陷的能力，更準確的識別物體內(nèi)部缺陷的位置。這類設(shè)備有兩種成像方式：

　�。�1）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)平臺的高速旋轉(zhuǎn)，使焦面上的圖像清晰的成現(xiàn)在接收器上，再由CCD照相機將圖像信號變?yōu)閿?shù)字信號，交給計算機處理和分析。如圖4。



　�。�2）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)使出在焦點的圖像清晰，而不再焦點上的圖像則被消除（如5）。如此得到各個不同層面的圖像，再通過計算機的合成、分析就可以實現(xiàn)對多層板和焊點結(jié)構(gòu)的檢測。



　　3 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)電路組裝故障作為解決突破口的生產(chǎn)廠家的最佳選擇。隨著SMT期間的發(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。