高密度led灯板焊点微空洞的检测

高密度led灯板焊点微空洞的检测

在焊接和焊接过程中，应立即检测焊接点的副作用，并及时纠正安装工艺参数，确保和提高smt焊接点的质量。焊点的检测方法主要有非破坏性检测（包括目视检测、电气检测、X射线检测和超声波检测）、破坏性检测（包括抗张破坏检测、剥离检测和显微组织检测），以及环境检测(包括腐蚀检测、振动检测和冲击检测)。目前大多数对焊点质量的研究采用的检测方法是破坏性的显微组织检测。而无损检测的方法不仅可以不破坏元件本身的结构，还能很直观清晰地显示出焊点缺陷。常用的无损检测方法包括超声波检测和X射线检测。笔者之前采用超声波检测的方法对焊点进行过检测，但由于超声波的分辨率太低，对于LED灯板这种结构复杂、焊点微小的试样不适用。对于X射线检测方法，之前有很多报道描述了用其对一些普通组装焊缝和BGA焊球的检测，但对于LED灯板这种新型元件，对其焊点质量的探测还未有报道，笔者采用X射线检测方法对LED灯板的焊点进行了检测和分析。本研究采用的X射线检测是利用X射线可穿透物质并在物质中有衰减的特性来发现缺陷的，主要检测焊点内部缺陷。X射线测试的信息通过计算机自动转化为焊点特征数据，与标准值进行对比，来判断出缺陷焊点。本研究检测的灯板之一是北京利亚德光电股份有限公司用Sn37Pb焊膏组装的LED灯板190-LEDBOA-10。在电子封装行业中，Sn37Pb钎料开始逐步被各种无铅钎料取代。SnAgCu系合金钎料以其优良的综合性能作为电子封装行业中的主流无铅合金，被认为是最有发展前途的SnPb钎料的替代品。其中Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305）钎料使用最为广泛。但对于LED灯这类结构复杂的微小焊点，其是否也适用还不曾确定，所以本研究还选用SAC305焊膏组装的LED灯板来进行检测。1分区图像检测研究中有两组试样，一组是用Alpha公司OL107ESn37Pb焊膏封装的LED灯板，一组是用铟泰公司SAC305焊膏封装的LED灯板，其基板焊盘如图1(a）所示，封装完后的灯板如图1(b）所示。使用X射线测试仪对老化前后两组灯板上焊点的微空洞情况进行检测。微空洞尺寸用ImageJ软件测得。(1)LED灯板的封装(1)印刷：将焊膏手工涂覆到配制的钢网上印刷灯板。(2)贴装：将LED灯手工贴放在印刷灯板相应区域。(3)回流焊：回流焊是电子组装工艺中的重要环节。而回流焊过程中最重要的是回流曲线，无论应用何种体系，如果没有合适的温度曲线，更换新的设备也不能解决成品率的问题。此次实验用的温度曲线如图2所示。(2)X射线检测利用X射线测试仪（CTS01F）分别对两组灯板进行检测，此设备的一些参数如表1所示。(3）老化试验将两组灯板置于温度为150℃的老化箱内老化840h后取出进行X射线检测。2收/拒收标准根据标准SJ/T10666-1995《表面组装组件的焊点质量评定》中的要求及IPC-7095中规定空洞的接收/拒收标准为：焊盘层的空洞不能大于10%的焊点面积，当焊盘层空洞的面积超过焊点面积的25%时，就视为一种缺陷，这时空洞的存在会对焊点的力学或电的可靠性造成隐患。焊盘层空洞的面积占10%～25%的焊点面积时，应着力改进工艺，消除或减少空洞。当焊盘层空洞为两个以上时，总空洞面积不能大于焊点面积的20%，否则视为不合格。2.1调整工艺来提高焊点质量分别随机选取Sn-37Pb焊膏和SAC305焊膏封装的灯板部分区域进行X射线观察拍摄所得照片如图3所示。图中显示为方块的就是焊点，深浅不一是由于焊点厚度的不同，焊点上颜色较浅的圆孔即微空洞。比较两图可知，SAC305焊点上微空洞数明显比Sn37Pb多，但这些微空洞对焊点质量是否造成影响，造成多大影响，还需计算微空洞尺寸。随机选取若干含有微空洞的焊点依次编号，用ImageJ软件计算单个焊点微空洞所占面积。计算结果如图4所示。两组焊点中均只有一个微空洞数超过两个且总面积超过了焊盘面积的20%的不合格焊点，根据图4的数据做出如图5所示的图表。从图5看出，微空洞所占面积比在0～10%的，Sn37Pb焊点中约占76.5%，SAC305焊点中约占74.5%；微空洞所占面积比在10%～25%的，Sn37Pb焊点中约占23.5%，SAC305焊点中约占25.5%。由此可见，SAC305灯板上焊点微空洞所占面积略大于Sn37Pb灯板，但按照标准这些均合格。结果说明需调整工艺来提高焊点质量。实验中发现，影响微空洞存在及大小的主要工艺因素是回流温度曲线，峰值温度偏高或时间偏长，均会造成微空洞较多、尺寸较大，所以要精确调整回流温度曲线。2.2sac30520d不同老化方式下微洞穴情况分析图6为老化后Sn37Pb焊点和SAC305焊点的X射线照片。从图中可知，老化后Sn37Pb焊点和SAC305焊点微空洞都明显多于老化前。随机选取51个含有微空洞的焊点计算其微空洞情况，结果如图7和图8所示。根据图7作出如图9所示的图表，可看出Sn37Pb焊点老化后微空洞尺寸略有增大，但差别不是很大，也均在焊盘面积25%之内的合格范围内。从由图8数据作出的图表10中看出，SAC305焊点老化后微空洞尺寸明显增大，但也均在焊盘面积25%以内的合格范围内。微空洞所占面积比在10%～25%的焊点比例为31.4%，明显大于老化前。结果表明，即使老化后焊点微空洞所占面积比有所增大，但大都在合格范围内。所以采用SAC305焊膏代替Sn37Pb焊膏组装高密度LED灯板是可行的。3调整回流温度曲线(1）经过测试，发现高精度X射线可以用于高密度LED组装微空洞缺陷监测，其测试过程简便，结果明显。(2)Sn37Pb焊点和SAC305焊点微空洞所占面积比均在25%以内的合