V každém PCBA (Printed Circuit Board Assembly) hrají pájené spoje klíčovou roli – slouží nejen jako elektrická spojení mezi součástkami a obvodovou deskou, ale také jako fyzické nosiče. Bez nadsázky lze říci, že kvalita pájení je základním kamenem funkčnosti a spolehlivosti PCBA. Pájení je jedním z nejdůležitějších a nejkritičtějších procesů při výrobě PCBA a jeho kvalita přímo určuje, zda může PCBA správně fungovat. Různé faktory během procesu pájení však mohou vést k defektům, které patří mezi nejčastější problémy zjištěné během testování PCBA. Proto je v systému testování PCBA kontrola a řízení kvality pájení klíčem k zajištění kvality produktu.

Proč klade testování PCBA takový důraz na kvalitu pájení? To vyplývá z přímého dopadu defektů pájení na výkon a spolehlivost PCBA:

Porucha spojení (studený pájený spoj/otevřený obvod): Pájené spoje nevytvářejí účinná elektrická spojení, což vede k poruše obvodu.

Nezamýšlené spojení (přemostění pájky/zkrat): Mezi různými pájenými spoji nebo stopami se tvoří pájecí můstky, které způsobují zkraty, které mohou poškodit součásti nebo vést k funkčním chybám.

Špatné spojení (studená pájka/nedostatečná pájka): Slabé pájené spoje nebo nadměrný odpor mohou způsobit útlum signálu, nestabilní spojení nebo dokonce praskliny při vibracích nebo teplotních změnách.

Vnitřní defekty pájení (dutiny): Zejména v pájecích kuličkách pouzder BGA mohou dutiny ohrozit mechanickou pevnost a tepelný výkon a vytvářet skrytá rizika.

Snížená spolehlivost: Vady pájení jsou primární příčinou časných selhání PCBA nebo občasných problémů během provozu.

Detekce těchto defektů pájení je jedním z hlavních cílů testování PCBA. Kvalita pájení je přímo určena úrovní kontroly pájecího procesu při výrobě PCBA. Proto je kontrola kvality pájení integrována do několika fází testování PCBA.

Ke kontrole kvality pájení na PCBA se obvykle používá jedna nebo více z následujících testovacích nebo kontrolních metod:

Kontrola pájecí pasty (SPI): Provádí se po tisku pájecí pasty, ale před umístěním součásti. SPI kontroluje objem, tvar, polohu a tloušťku pájecí pasty. Protože většina defektů pájení pochází ze špatného tisku pájecí pasty, je SPI kritickým prvním krokem v prevenci defektů pájení během výroby PCBA.

Automatická optická kontrola (AOI): Provádí se po pájení přetavením. AOI používá vysokorychlostní kamery k zachycení obrazů PCBA a využívá algoritmy ke kontrole vzhledu pájeného spoje a umístění součástek (např. polarita, poloha, chybějící součástky nebo nesouosost). Dokáže detekovat problémy, jako je nadměrná/nedostatečná pájka, přemostění nebo studené pájené spoje (někdy se projevující jako abnormální morfologie pájených spojů). AOI je účinná metoda pro kontrolu šarží defektů pájení po výrobě PCBA.

Rentgenová kontrola: Nezbytná pro balíčky jako BGA a QFN, kde jsou pájené spoje skryté pod součástkami. Rentgenová kontrola může „prohlédnout“ součásti a prozkoumat tvar pájecí kuličky, vnitřní dutiny, přemostění a podmínky pájení kolíků. Nabízí jedinečné výhody pro detekci neviditelných defektů pájení a běžně se používá při vysoce spolehlivé nebo komplexní výrobě PCBA.

In-Circuit Test (ICT): Využívá sondy ke kontaktování testovacích bodů na PCBA za účelem provedení testů přerušení/zkratu a měření elektrických parametrů součástí. ICT účinně identifikuje zkraty způsobené přemostěním pájky a otevření způsobené studenými pájenými spoji nebo chybějící pájkou. Elektricky ověřuje správnost spojů vyplývající z výroby PCBA.

Funkční test (FCT): Ověřuje funkčnost PCBA simulací reálných provozních podmínek a vstupních signálů. Některé studené pájené spoje nebo špatné spoje se mohou jevit jako normální při statickém testování nebo testování při pokojové teplotě, ale projevují se jako občasné poruchy nebo poruchy během FCT pod proudem, teplem nebo vibracemi. FCT pomáhá odhalit takové latentní funkční problémy způsobené kvalitou pájení.

Manuální vizuální kontrola: I když je méně účinná a podléhá lidskému faktoru, zkušení inspektoři mohou stále identifikovat určité vady pájení v kritických nebo složitých oblastech, což slouží jako doplněk k automatizovaným kontrolám.

Detekce problémů s kvalitou pájení je pouze prvním krokem; efektivní řízení a neustálé zlepšování jsou zásadní pro snížení recidivy:

Přesné zaznamenávání a klasifikace defektů: Vytvořte podrobnou databázi defektů pro dokumentaci typů defektů, umístění, množství a fází detekce (AOI, RTG, ICT, FCT atd.). Správná klasifikace napomáhá následné analýze.

Standardizované přepracování a opětovné testování: Profesionálně přepracujte zjištěné vady pájení. Proces přepracování musí přísně dodržovat specifikace a používat vhodné nástroje a materiály, aby se zabránilo sekundárnímu poškození. Přepracované PCBA musí být znovu otestovány, aby se potvrdilo vyřešení a absence nových problémů.

Analýza kořenové příčiny (RCA): Proveďte hloubkovou analýzu vysokofrekvenčních nebo kritických defektů pájení, abyste zjistili jejich skutečné příčiny. To může zahrnovat parametry tisku pájecí pasty, přesnost stroje typu pick-and-place, teplotní profily přetavení, aktivitu tavidla, design podložky, kvalitu PCB nebo dokonce shodu operátora během výroby PCBA.

Řízení a optimalizace procesů: Na základě zjištění RCA upravte výrobní parametry PCBA, udržujte zařízení, zdokonalujte procesy a zlepšujte školení. Například optimalizujte teplotní profily přetavovací pece, abyste snížili mezery, zlepšili design šablony pro tisk pájecí pastou, aby se vyřešila přemostění nebo nedostatečná pájka, nebo zpřísněte kontrolní kritéria AOI pro zlepšení míry detekce defektů.

Analýza dat a smyčka zpětné vazby: Využijte nashromážděná data testů a kontrol pro analýzu trendů, statistiky výnosů a analýzu režimu selhání. Včasná zpětná vazba pro týmy výzkumu a vývoje, designu a výroby tvoří uzavřený systém pro neustálé zlepšování, který řeší problémy s kvalitou pájení u jejich zdroje.

Kvalita pájení je základním pilířem spolehlivosti PCBA a její přísná kontrola a řízení jsou ústředním bodem systému testování PCBA. Využitím SPI, AOI, rentgenových a dalších kontrolních metod v různých fázích výroby PCBA v kombinaci s ICT a FCT pro ověření elektrické funkčnosti lze účinně detekovat závady. Ještě důležitější je, že analýza hlavních příčin identifikovaných problémů a zpětná vazba dat do výrobního procesu umožňují neustálé zlepšování. Pouze integrací pokročilých kontrolních technologií s vědeckými metodami řízení lze vyrábět vysoce výkonné a vysoce spolehlivé produkty PCBA.