SMT来料检测优化方案

在采用SMT的情况下，来料检测对于提高SMA的质量可靠性是至关重要的，是发现影响可组装性和焊接性的早期环节，所以应该把它列入SMA组装工艺的组成部分。本节将对表面组装用元器件、PCB和组装工艺材料的最主要的来料检测项目和技术进行概括介绍。

1.元器件的来料检测

表面组装元器件的检测是来料检测的关键部分，对组装工艺可靠性影响比较大的元器件问题是引线共面性、焊接性和片式元件的制造工艺。

（1）元器件引线共面性检测 由于元器件的包装和运输等因素，所以进厂的器件不可能100%地满足引线共面性要求。目前我国尚未制定有关SMT方面的任何标准。JEDEC（美国电子器件工程联合委员会）已经制定了表面组装器件引线共面性的标准公差值。它规定引线应落在0.1mm宽的公差区内。实际上，这个公差区是由两个平面组成，即器件引线所处的平面（一个器件的所有引线底面应在同一平面内）和PCB上焊盘图形所处的平面组成，如果一个器件的所有引线的三个最低点能处在同一平面内，并且与焊盘图形所处平面平行，在这种条件下进行的贴装，可使表面组装器件处于稳定位置，所有引线都能平行地落到相应的焊盘上，实现可靠的贴装。可以采用不同的方法进行引线共面性检测，最简单的方法是将器件贴放在光学平面上，然后，用显微镜测量非共面的引线和光学平面间的距离。目前，在高精度贴装系统中，多采用先进的机械视觉系统检测引线的共面性。这种贴装系统可将不符合引线共面性要求的器件送回到处理品料盒中，重新拾取器件进行检测。符合引线共面性要求的器件才能被系统贴装，从而确保贴装工艺的可靠性。

（2）元器件的焊接性检测 元器件端子（引线或电极端子）的焊接性是影响焊接缺陷的主要因素。导致元器件引线焊接性问题的原因很多，最主要的原因是元器件引线的氧化。所以，一直采用焊接性好的和较厚的焊接性镀层（0.127mm或更厚），如电镀锡或其他钎料镀层。以满足引线的焊接性要求。在采用焊接性涂层以后，大多数元器件焊接性问题将主要是基底金属上镍阻挡层厚度不足，或在整个面积上有遗漏部位，导致形成Cu₃Sn或Cu₆Sn₅（铜引线）或FeSn₂（铁合金引线）。这些可能的化学反应速度随时间和温度按指数率增加，并且金属间化合物一旦暴露出来，就被氧化，氧化了的金属间化合物，甚至用活性很强的钎剂也不可能去除，导致严重的焊接性问题。因此，要求焊接性涂层要均匀，特别是要有适当厚度的均匀一致的镍阻挡层，以便确保获得优良的焊接性。

对元器件进行焊接性测试最简单的方法是用目测进行评估，其具体测试方法在有关技术规范中都有明确规定。基本的测试程序是：把样品浸渍在活性或非活性钎剂中，取出除掉多余钎剂，然后浸渍在熔融的60/40或63/37的Sn-Pb钎料槽中，试样浸渍部分不小于2mm，浸渍速度为20～25mm/s，浸渍时间一般为元器件在实际生产中焊接时间的两倍。这种试验通常采用浸渍测试仪进行，以便控制浸渍深度和时间，然后目测进行焊接性评价。

定量焊接性测试方法有焊球法和润湿平衡试验法。表面组装元器件的焊接性测试采用润湿平衡试验法进行。相关详细介绍见前述第3章。

（3）元器件外观性能和质量的检查 元器件性能和外观质量对组件可靠性有很大影响，所以在来料检测中应根据有关标准进行元器件的性能和外观质量检测。

2.PCB的来料检测

SMT的发展和广泛采用使电路组装密度不断提高，这就导致更加复杂和更高密度的PCB设计、多层板的采用、导体宽度和间隔以及电镀通孔的直径不断减小。这些都增加了PCB制造的难度，使来料中不合格和不可靠的PCB增加。此外，由于SMT组装工艺比THT施加给PCB更大的热应力，所以要求用于SMT的PCB更加可靠和耐久。因此，PCB的来料检测是SMT组装工艺中不可缺少的组成部分。PCB的质量检测包括PCB尺寸测量、外观缺陷检测和破坏性检测。

（1）PCB尺寸测量 在接收制造厂家提供的PCB时，首先应进行PCB尺寸测量，主要测量加工孔的直径和彼此的距离，以及PCB边缘尺寸，以便检查PCB是否符合印制电路板对准的要求。

（2）外观缺陷检测 在PCB的来料检测中应进行下列外部制造工艺的检查：

1）阻焊膜是否流到了焊盘上，阻焊膜和焊盘的对准情况如何。

2）有无阻焊膜剥层和膜上有无外来物夹杂，当采用干膜时有无皱褶导体密封情况如何和有无剥层。

3）圆环形基准标记尺寸是否符合要求。

4）导体宽度变化公差是否符合要求。

5）多层板有无剥层，有无麻点，以及有无编织物外露情况。

（3）破坏性检测 破坏性检测是为了发现潜在的缺陷，这些缺陷主要影响焊接和清洗工艺的可靠性。其主要测试项目是PCB的翘曲和扭曲、焊接性和阻焊膜的完整性和内部缺陷检测。

1）PCB翘曲和扭曲的检测。PCB翘曲和扭曲主要是由于PCB设计不合理和制造工艺问题所致。在IPC-TM-650，方法2.4.22中规定了对PCB翘曲和扭曲的测试方法，在其他有关标准中也有类似的规定。不管采用哪种测试方法，在测试前应将PCB暴露在组装工艺中具有代表性的热环境中，对PCB进行热应力测试。典型的热应力测试方法是旋转浸渍测试或钎料漂浮测试。在这种测试中，将PCD浸渍在熔融钎料中一定时间，然后取出进行翘曲和扭曲检测。工业和军用PCB，应进行更加严格的热应力测试。

2）PCB的焊接性检测。在PCB的来料检测中，焊接性是最重要的测试项目。其中最关心焊盘区和PTH（电镀通孔）。IPC-S-804规定了PCD的焊接性测试方法。它包括边缘浸渍测试、旋转浸渍调试、波峰钎料浸渍测试和钎料珠测试。边缘浸渍测试仅用于测试表面导体的焊接性，旋转浸渍和波峰钎料浸渍测试用于表面导体和PTH的焊接性测试，而钎料珠测试仅用于PTH，在进行焊接性测试的PCB试样上设计了不同的焊盘几何图形、几种尺寸的PTH和至少两个大的暴露的导体表面。

3）PCB阻焊膜的完整性检测。SMT用的PCB，其阻焊膜的质量比用于THT的更加重要。液体阻焊膜因为其对准精度低和流动特性，已经不适用于SMA。在SMT用的PCB上，正在广泛采用干膜阻焊膜和光学成像阻焊膜，这两种阻焊膜具有高的分辨率和不流动性。

干膜阻焊膜是在压力和热的作用下层压在PCB上的，这就要求非常清洁的PCB表面和有效的层压工艺。由于这种阻焊膜在锡-铅表面的粘性很差，所以在SMT的再流工艺中产生的热应力常会使干阻焊膜从PCB表面剥层或断裂；另外，由于这种阻焊膜很脆，所以当进行整平时，在热和机械应力作用下会产生微裂纹。(www.xing528.com)

这种阻焊膜的另一潜在质量问题是在清洗溶剂中，它们会产生物理和化学损坏。为了暴露干膜阻焊膜的这些可能的潜在缺陷，在来料检测中应对PCB进行更加严格的热应力试验。主要进行钎料漂浮试验，时间约10～15s，钎料槽的温度为260～288℃。在热应力试验时，阻焊膜会从PCB表面剥离，但有时观察不到。为了便于观察，在钎料漂浮试验后，将PCB试样浸在水中，利用水在阻焊膜和PCB表面之间的毛细管作用可以观察到阻焊膜的剥离情况。同样的PCB试样，在钎料漂浮试验后，可放在与实际SMA清洗用的相同的清洗溶剂中至少15min，观察其与溶剂有无化学的或物理的作用。

4）PCB内部缺陷检测。采用显微切片技术进行PCB内部缺陷检测。PCB在经过钎料漂浮热应力试验后进行显微切片检测。其主要检测项目有铜和锡-铅镀层的厚度。对双面板或多层板，还应检测内部导体层间对准情况，树脂是否涂抹掉，层压空隙和铜裂缝等。

在许多标准中，如IPC-D-320、Mil-STD-55110和IPC-A-600A，都介绍和规定了PCB的来料检测方法，可根据实际应用需要选择使用，以便满足不同的组装可靠性要求。

3.组装工艺材料来料检测

（1）钎料膏检测 钎料膏来料检测的主要内容有金属百分含量（质量分数）、钎料球、粘度、金属粉末氧化物含量等。

1）金属百分含量。在SMT的应用中，通常要求钎膏中的金属百分含量在85%～92%范围内，常采用的检测方法和程序为：取钎料膏样品0.1g放入坩埚→加热坩埚和钎料膏→使金属固化并清除钎剂剩余物→称量金属重量：金属百分含量=金属重量/钎料膏重量×100%。

2）钎料球。常采用的钎料球检测方法和程序为：在氧化铝陶瓷或PCD基板的中心涂敷直径12.7mm、厚度0.2mm的钎料膏图形→将该样件按实际组装条件进行烘干和再流→钎料固化后进行检查。

3）粘度。SMT用钎料膏的典型粘度是200～800Pa·s，对其产生影响的主要因素是钎剂、金属百分含量、金属粉末颗粒形状和温度。一般采用旋转式粘度测量钎料膏的粘度，测量方法可见相关测试设备的说明。

4）金属粉末氧化物含量。金属粉末氧化是形成钎料球的主要因素，采用俄歇分析法能定量检测金属粉末氧化物含量。但价格贵且费时，常采用下列方法和程序进行金属料末氧化物含量的定性测试和分析：①称取10g钎料膏放在装有足够花生油的坩埚中；②在210℃的加热炉中加热并使钎料膏再流，这期间花生油从钎料膏中萃取钎剂，使钎剂不能从金属粉末中清洗氧化物，同时还防止了在加热和再流期间金属粉末的附加氧化；③将坩埚从加热炉中取出，并加入适当的溶剂溶解剩余的油和钎剂；④从坩埚中取出钎料，目测即可发现金属表面氧化层和氧化程度；⑤估计氧化物覆盖层的比例，理想状态是无氧化物覆盖层，一般要求氧化物覆盖层不超过25%。

（2）钎料合金检测SMT工艺中一般不要求对钎料合金进行来料检测，但在波峰焊和引线浸锡工艺中，钎料槽中的熔融钎料会连续溶解被焊接物上的金属，产生金属污染物并使钎料成分发生变化，最后导致不良焊接。为此，要对其进行定期检测，检测周期一般是每月一次或按生产实际情况决定，检测方法有原子吸附定量分析方法等。表5-12列出了美国QQ-S-571E规定的钎料中金属污染物的含量极限。

表5-12 钎料中金属污染物的含量极限

注：含量均为质量分数。

（3）钎剂检测

1）水萃取电阻率试验。水萃取电阻率试验主要测试钎剂的离子特性，其测试方法在QQ-S-571等标准中有规定，非活性松香钎剂（R）和中等活性松香钎剂（RMA）水萃取电阻率应不小于1×10⁵Ω·cm；而活性钎剂的水萃取电阻率小于1×10⁵Ω·cm，不能用于军用SMA等高可靠性要求的电路组件。

2）铜镜试验。铜镜试验是通过钎剂对玻璃基底上涂敷的薄铜层的影响来测试钎剂活性。例如，QQ-S-571中规定，对于R和RMA类钎剂，不管其水萃取电阻率试验的结果如何，它不应该有去除铜镜上涂敷铜的活性，否则即为不合格。

3）比重试验。比重试验主要测试钎剂的浓度。在波峰焊接等工艺中，钎剂的比重受其溶剂蒸发和SMA焊接量影响，一般需要在工艺过程中跟踪检测，及时调整，以使钎剂保持设定的比重，确保焊接工艺顺利进行。比重试验常采用定时取样，用比重计测量的方式进行，也可采用联机自动钎剂比重检测系统连续、自动进行。

4）彩色试验。彩色试验可显示钎剂的化学稳定程度，以及由于曝光、加热和使用寿命等因素而导致的变质。比色计测试是彩色试验常用方法，当测试者有丰富的经验时，可采用最简单的目测方法。

（4）其他来料检测

1）粘结剂检测。粘结剂检测主要是粘性检测，应根据有关标准规定检测粘结剂把SMD粘接到PCB上的粘接强度，以确定其是否能保证被粘接元器件在工艺过程中受振动和热冲击不脱落，以及粘结剂是否有变质现象等。

2）清洗剂检测。清洗过程中溶剂的组成会发生变化，甚至会变成易燃的或腐蚀性的，同时会降低清洗效率，所以需要定期对其进行检测。清洗剂检测一般采用气体色谱分析（GC）方法进行。