В любой сборке печатных плат (PCBA) паяные соединения играют решающую роль — они служат не только электрическими соединениями между компонентами и платой, но и физическими опорами. Не будет преувеличением сказать, что качество пайки является краеугольным камнем функциональности и надежности печатных плат. Пайка является одним из основных и критических процессов в производстве печатных плат, и ее качество напрямую определяет, сможет ли печатная плата функционировать должным образом. Однако различные факторы в процессе пайки могут привести к дефектам, которые являются одними из наиболее распространенных проблем, выявленных во время тестирования печатных плат. Поэтому в системе тестирования печатных плат проверка и управление качеством пайки являются ключевыми для обеспечения качества продукции.

Почему при тестировании печатных плат такое внимание уделяется качеству пайки? Это связано с прямым влиянием дефектов пайки на производительность и надежность печатных плат:

Неисправность соединения (холодная пайка/разомкнутая цепь): паяные соединения не образуют эффективных электрических соединений, что приводит к неисправности схемы.

Непреднамеренное соединение (перемычки припоя/короткое замыкание): перемычки припоя образуются между различными паяными соединениями или дорожками, вызывая короткие замыкания, которые могут повредить компоненты или привести к функциональным ошибкам.

Плохое соединение (холодная пайка/недостаточная пайка): слабые паяные соединения или чрезмерное сопротивление могут привести к затуханию сигнала, нестабильным соединениям или даже к трещинам при вибрации или изменениях температуры.

Внутренние дефекты пайки (пустоты): особенно в шариках припоя корпусов BGA, пустоты могут поставить под угрозу механическую прочность и тепловые характеристики, создавая скрытые риски.

Снижение надежности: дефекты пайки являются основной причиной ранних отказов печатных плат или периодических проблем во время работы.

Выявление этих дефектов пайки является одной из основных целей тестирования печатных плат. Качество пайки напрямую определяется уровнем контроля процесса пайки во время производства печатных плат. Поэтому проверка качества пайки интегрирована в несколько этапов тестирования печатных плат.

Для проверки качества пайки на печатных платах обычно используется один или несколько из следующих методов тестирования или проверки:

Проверка паяльной пасты (SPI): проводится после печати паяльной пасты, но до размещения компонентов. SPI проверяет объем, форму, положение и толщину паяльной пасты. Поскольку большинство дефектов пайки возникают из-за плохой печати паяльной пасты, SPI является критически важным первым шагом в предотвращении дефектов пайки во время производства печатных плат.

Автоматизированная оптическая проверка (AOI): выполняется после пайки оплавлением. AOI использует высокоскоростные камеры для захвата изображений печатных плат и применяет алгоритмы для проверки внешнего вида паяных соединений и размещения компонентов (например, полярности, положения, отсутствующих компонентов или несоосности). Он может обнаруживать такие проблемы, как избыточный/недостаточный припой, перемычки или холодные паяные соединения (иногда проявляющиеся в виде аномальной морфологии паяных соединений). AOI является эффективным методом пакетной проверки дефектов пайки после производства печатных плат.

Рентгеновский контроль: необходим для корпусов типа BGA и QFN, где паяные соединения скрыты под компонентами. Рентгеновский контроль может «видеть сквозь» компоненты, чтобы исследовать форму шариков припоя, внутренние пустоты, перемычки и условия пайки выводов. Он предлагает уникальные преимущества для обнаружения невидимых дефектов пайки и обычно используется в высоконадежном или сложном производстве печатных плат.

Внутрисхемный тест (ICT): использует зонды для контакта с контрольными точками на печатной плате для выполнения тестов на обрыв/короткое замыкание и измерения электрических параметров компонентов. ICT эффективно выявляет короткие замыкания, вызванные перемычками припоя, и разрывы, вызванные холодными паяными соединениями или отсутствием припоя. Он электрически проверяет правильность соединений, полученных в результате производства печатных плат.

Функциональный тест (FCT): проверяет функциональность печатной платы, имитируя реальные рабочие условия и входные сигналы. Некоторые холодные паяные соединения или плохие соединения могут казаться нормальными при статическом или комнатной температуре тестировании, но проявляться как периодические сбои или неисправности во время FCT под напряжением, нагревом или вибрацией. FCT помогает обнаружить такие скрытые функциональные проблемы, вызванные качеством пайки.

Ручной визуальный осмотр: хотя он менее эффективен и подвержен человеческому фактору, опытные инспекторы все же могут выявлять определенные дефекты пайки в критических или сложных областях, выступая в качестве дополнения к автоматизированным проверкам.

Выявление проблем с качеством пайки — это только первый шаг; эффективное управление и постоянное совершенствование имеют решающее значение для снижения повторения:

Точная регистрация и классификация дефектов: создание подробной базы данных дефектов для документирования типов дефектов, их местоположений, количества и стадий обнаружения (AOI, рентген, ICT, FCT и т. д.). Правильная классификация способствует последующему анализу.

Стандартизированная переделка и повторное тестирование: профессионально переделайте обнаруженные дефекты пайки. Процесс переделки должен строго соответствовать спецификациям, используя соответствующие инструменты и материалы, чтобы избежать вторичного повреждения. Переделанные печатные платы должны быть повторно протестированы для подтверждения устранения и отсутствия новых проблем.

Анализ первопричин (RCA): проведите углубленный анализ высокочастотных или критических дефектов пайки, чтобы определить их истинные причины. Это может включать параметры печати паяльной пасты, точность машины Pick-and-Place, профили температуры оплавления, активность флюса, конструкцию контактной площадки, качество печатной платы или даже соблюдение оператором правил во время производства печатных плат.

Управление процессом и оптимизация: на основе результатов RCA скорректируйте параметры производства печатных плат, поддерживайте оборудование, совершенствуйте процессы и улучшайте обучение. Например, оптимизируйте температурные профили печи оплавления для уменьшения пустот, улучшите конструкцию трафарета для печати паяльной пасты для устранения перемычек или недостаточного припоя или ужесточите критерии проверки AOI для повышения показателей обнаружения дефектов.

Анализ данных и обратная связь: используйте накопленные данные испытаний и инспекций для анализа тенденций, статистики выхода продукции и анализа видов отказов. Своевременная обратная связь с командами НИОКР, проектирования и производства формирует замкнутую систему для непрерывного совершенствования, решая проблемы качества пайки у их источника.

Качество пайки является жизненно важным фактором надежности печатных плат, а его строгий контроль и управление играют центральную роль в системе тестирования печатных плат. Используя методы SPI, AOI, рентгеновского контроля и другие методы контроля на различных этапах производства печатных плат в сочетании с ICT и FCT для проверки электрической функциональности, можно эффективно обнаруживать дефекты. Что еще более важно, анализ первопричин выявленных проблем и обратная связь данных с производственным процессом обеспечивают непрерывное совершенствование. Только путем интеграции передовых технологий контроля с научными методами управления можно производить высокопроизводительные и высоконадежные продукты печатных плат.