安全地检查焊点中的危险空洞

现在,风能、太阳能发电和电动汽车对全世界的重要性是前所未有的。它们是安全的,都有自己的优势,都对所需要的电子组件提出很高要求。
电动汽车需要小型化的功率电子设备来完成电子驱动与混合动力驱动的控制任务。面对大批量生产,包括有效地保证没有故障和质量所需要的测试方式,制造技术面临新的挑战。制造技术需要的搞水平的检测技术,例如三围X射线分析技术,也面临许多挑战。
需要的生产技术
对于生产集成功率电子器件,把芯片(IGBT或二极管)直接安装到基板上是成熟的技术。器件中的电气连接通过芯片底面上的很大焊接面积来实现,此外,还要到散热片上,通过散热片把模块在正常运行时产生的热量散发出去。对于使用这种功率控制的情况,如混合动力汽车电子驱动,散热器是装在汽车冷却水回路中。
为多余的热量打开大门
功率模块必须高度可靠,产品的寿命必须很长。必须保证从芯片产生的热量全部传到散热器去。传导路径的热阻必须很低。
在焊锡连接的质量标准中,空洞对质量起决定性的作用,尤其是在大尺度焊点中的空洞。焊点的面积可能达到25平方厘米,控制空洞中封闭气体的变化很困难。常见的结果是,留在焊锡中的空洞大小和位置不一样。从传热方面讲,空洞可能会导致模块功能失常,甚至在正常运行时会造成损坏。因此,在生产过程中质量控制是绝对必要的。
让看不见的东西看得见
目前,在焊接工艺完成之后,很少有机会发现空洞。在生产过程中,即使进行百分之百的测试,对测试技术的选择也是受到限制的。声学显微镜,以及使用X射线分析系统的计算机断层绘图仪可以排除在可选用的测试技术之外,这是因为,捕捉图像及后接着进行的评估需要比较长的时间,从效率方面讲,是不实用的。
原则上,对于电子组件上的焊点分析,X射线检测技术已经得到证明是有效的,并已经在在线生产中广泛用于质量控制。但是,在目前的情况下,这种检测技术也面临新的挑战,这些挑战包括:
1、对焊点中的空洞安全地进行高分辨率检测。
2、把各个层中的空洞分开。
3、对每层焊锡中的影响质量的参数(空洞,所有空洞之和,空洞的位置分布)。
4、在组件的安装状态下(如安装在散热器上)检查。
5、在生产中进行百分之百的检测。
常见的二维和2.5维X光检测系统不适合这种测试任务,这一点很容易认识到。考察正交-或斜角X光照射的PCB就可以清楚地说明这一点。图像中可以看见空洞,但不能指出它属于哪一个具体的焊锡层。
图1 正交-或斜角X光照射PCB的X光图像把焊锡中的空洞分层极为重要,因为对于芯片与基础材料的热耦合和基础材料与散热器的热耦合,设置的质量标准显着不同,因此,使用二维或2.5维光检测空洞作出的评估,会导致故障逃避检测,或者器件由于错误大量增加而落选。
技术很高的检测
一点一点地检测
为了保证质量,可以选择的唯一方法是对各个层进行全面的重建,并对每一层使用三维X光检测技术进行检测。这种方法面临特殊的挑战,并且不是每一个系统都能够解决这个复杂的测试任务,因为已经安装散热器的结构中有一块很大的接触面积上有冷却介质,尤其是这个接触面积上有集成的冷却水电路时。这种结构会造成对X光的吸收不一样,在重建结果的图像中表现为故障。于此相似,使用标准的重建方法时,焊点的大小和未经定义的空洞位置与尺寸都会影响X光图像。由于这些要求,要加强三维X光检测系统OPTICON,使它适应进行检测时的图像捕捉和对逐层重建的检测。
图2 在线X光检测系统OptiCon X-Line 3D在检测过程中摄取的图像允许在每一层进行自动化的空洞检测,包括根据为各层分别确定的质量参数对空洞分类。此外,使用三维X光检测系统OPTICON,就有机会在核查站进行调查和评估故障
图3和图4 芯片基础材料和散热片基础材料用适当的重建方法隔开。除了前面所提到的机会,AXI系统OptiCon X-Line 3D适合在线检测双面组装的PCB。在只进行一次的运行中,所有的PCB层的信息都是可用的,可以单独重建以进行自动分析。这提供机会,可以把关键焊点(BGA下面的焊点)分解成单层进行详细的自动分析。因此,在生产循环中进行完整的三维X光检测能够提供全面质量,分析和最好生产质量的基础。

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发布人:众宇旺仪器 发布时间:2014年2月25日 已被浏览 1101 次 〖 打印本文