CEIA虚焊课程提问的解答(二)

虚焊的预防与检测技术

CEIA虚焊课程提问的解答（二）

中电天奥子集团第10研究所

陈正浩

3月25日CEIA邀请中航空空导弹研究院方辉研究员在线上作了关于《虚焊的定义、成因及判定》的演讲，十分精彩；期间，很多业内人士围绕虚焊提了不少问题，由于时间关系，不少没有来得及解释，有的转入技术交流群。所提的问题基本上围绕虚焊而展开的，我把它归纳成两类，第一类是“虚焊的预防与检测”，第二类是其他问题。

通过对所提问题的分析发现有两个十分有趣的现象，其一，对于导致虚焊的主要因素的元器件引脚和焊端的氧化问题，基本上都是局限于如何应对“如何去氧化”而不是“如何防止氧化”，这就好比人们的注意力不是如何防止“火灾”而是关注“火灾了如何救火”？其二是面对类似BGA这类仅有底部焊接端子的片式器件，还有人提出没有仪器设备怎么检验？以及认为视觉系统（Vi）和AOI可以检查虚焊？认为X-RAY可以作为判断是否是虚焊的依据！为此，特写成《虚焊的预防及检测技术》一文，供业内人士参考。

二.虚焊的检测

虚焊检测最权威的诠释应该由可靠性专业人员作出，笔者仅仅是作为一个老工艺人员谈谈自己的粗浅看法，仅作参考。

1.BGA焊接后是芯片端直径大还是PCB端大？这个特征是否可以作为X-RAY检测虚焊的依据？有规范文件吗？

虚焊的根本特征和判别依据是在焊接参数正常的情况下，金属间化合物的厚度不符合要求；IPC7095C 规定，焊球连接后它们的高度和宽度需要在规定和可接受的界限内。最重要的是焊球与基板上的焊盘之间要形成适当的金相结合。

2.不用设备如何检验BGA/CGA？BGA你们常用不用设备的检测手段，能不能具体说一下？

BGA/CGA焊接质量必须用设备。

3.怎么样去理解Cu6Sn5呢？是Cu和Sn一定的比例组合的吗？怎样判断生成的是Cu6Sn5？

金相分析。

4.BIT测试技术如何跟虚焊技术检测结合？有没有通过飞针结合视觉（Vi）测试进行虚焊的检测？通过VI 测试掌握虚焊效果怎么样？

BIT是机内测试技术，其主要功能是把设备的故障隔离到可更换的单元，可以起到压缩故障范围的作用，而虚焊发生的元器件焊接的某一个点上。

飞针测试是常见的电气测试方法之一，通常用来检测由制造导致的焊料桥接、焊点开路、元器件方向错误、错件、元器件失效以及导体短路；视觉检测，包括肉眼视觉、显微镜、放大镜和AOI以及3D-AOI，都不能用来检测虚焊。

3D-AOI说穿了是X-Y-Z视觉三维，不具备立体三维功能，即不具备焊点的剖析功能，因此还是焊点表面的检测，能够检测焊料的爬升高度、体积、引脚共面性、引脚的起翘等。3D-AOI有着比AOI和2D-AOI 更优越的性能，能通过设备的“3D”功能，更清晰的观察焊点的润视角，从而进一步判别是否存在虚焊的可能，但3D-AOI仍然不能作为焊点是否存在虚焊的最后依据。

在对产品的常规检查中，视觉检测可以发现大部分焊接故障，只有虚焊不在视觉检查的范围内；焊点有一个润视角，我们可以通过对焊接润视角的观察初步判别该焊点是否存在虚焊的隐患，但不能作是否是虚焊最后判定的依据。

5.高温老化能否检查除虚焊？

高温老化主要作用是筛选出早期失效的元器件。高温老化能够检查假焊和冷焊，不能检查虚焊。

6.BGA虚焊检测有什么好的设备？

虚焊主要通过物流工艺质量控制解决，虚焊检测无法进入生产线，而作为工艺鉴定；工艺鉴定用电镜扫描、红外成像和金相分析。

7.X-RAY可以检测BGA的裂纹性虚焊吗？

X-RAY可以检测裂纹，对虚焊的判别只能作参考。

8.枕头效应与虚焊怎样有效识别及通过什么方法可以界定？

枕头效应与虚焊是两个不同的概念，形成机理不同，故障现象也不同。而虚焊的根本特征和判别依据是在焊接参数正常的情况下，金属间化合物的厚度不符合要求；枕头效应实际上就是假焊（不是虚焊），是BGA在回流焊的高温过程中，BGA载板或是电路板因为受不了高温而发生板弯、板翘或是其他原因变形，使得BGA焊球与印刷在电路板上的锡膏分离，当电路板经过高温回焊区后温度渐渐下降冷却，这时BGA载板与电路板也慢慢回复到变形前的状况（有时候会回不去），但这时的温度早已低于焊球与锡膏的熔锡温度了，也就是说锡球与锡膏早就已经从熔融状态再度凝结回固态。当BGA载板与电路板的翘曲慢慢恢复回到变形前的形状时，已经变回固态的锡球与锡膏才又再次互相接触，形成类似头靠在枕头上的假焊的焊接形状。

9.我们没有AOI、AXI等设备，是否可以通过对板卡进行振动测试来判断板卡是否有问题？如果可以，振动的幅度和频率通常设定为多少比较合适？

不能。振动可以发现多余物和部分冷焊和假焊，但不能判断虚焊。

10.X-RAY在BGA焊接质量检验中的应用

X-RAY在BGA焊接质量检验中主要用于空洞的检测。

11.IMC在什么范围算是合理的？

高可靠电子装备为1.5~3.5μm。

12.焊接阻值来表征BGA焊接质量的检测手段，可行吗？

阻值测试类似与飞针式测试，用来检测由制造导致的焊料桥接、焊点开路及导体短路。

13.边界扫描（BST）可以检测裂纹型虚焊吗？

边界扫描的功能是测试IC芯片输入/输出管脚的状态，测试芯片内部工作状态以及对管脚的开路和短路作出判断。如果IC芯片的管脚存在裂纹可以作出判断。

提问者提出“裂纹型虚焊”，首先要对什么是“裂纹型虚焊”作出定义和诠释。依方总对虚焊所作的虚焊是在焊接参数正常情况下，焊料和被焊金属表面没有形成合适的金属间化合物的焊接缺陷，那么就不会产生裂纹；裂纹的产生一般是由于热应力和机械应力所致，而虚焊是焊接温度正常的条件下因被焊金属表面氧化或污染等原因所造成的焊接缺陷，与由于热应力和机械应力所引起的裂纹是两回事。

14.有实时监测BGA虚焊的设备吗？

虚焊的检测属于工艺鉴定用的破坏性检测，不能实时监测。

15.AOI判定标准设定如老师所说设置太严容易误判设置太松容易漏判，如何制定标准，如何使之符合IPC-610标准

这个问题有两个疑点：其一没有说AOI检测什么？其二为什么要符合IPC标准？IPC的什么标准？笔者借此机会要说明，IPC只是一个民用商业标准。

（1）IPC标准与军用标准之间的差异

1）IPC标准与军用标准之间存在较大的差距，不属于同一档次，对于军用电子产品，尤其是航天电子产品，不能简单的引用IPC标准。如果IPC标准中的规定符合军用标准规定的，我们可以采纳，如果低于军用标准规定的，则必须抛弃。

2）QJ标准及GJB标准很多内容及规定源于美国MIL标准，在军事电子产品应用中长寿命、高可靠产品需执行QJ标准。这是我们制定与军用电子产品相关的标准必须予以密切注意的。不能将通用标准与军标混为一谈！

3）IPC标准有一级，二级和三级之分；第三级是高可靠电子产品（包括基地与舰船上的军用产品、高速与高性能计算机、关键的过程控制器、生命支持的医疗系统）、太空产品（包括所有在其上面的要求满足苛刻的外部空间环境条件及不可维修的产品）及军用航空电子产品（用来满足要求非常高的机械与温度变化）才满足我国军事电子产品，然而，在IPC-610中对九类最终使用类型并没有作明确阐述。但即使是IPC的三级标准与MIL、NASA以及欧空局的标准还是存在差异的。