Méthodes d'inspection de qualité pour les joints de soudure dans l'assemblage de PCB

Méthodes d'inspection de qualité pour les joints de soudure dans l'assemblage de PCB: assurer la fiabilité électrique et mécanique

Les joints de soudure sont essentiels à la fonctionnalité PCB, servant de connexions électriques et d'ancres mécaniques pour les composants. Des défauts tels que les articulations froides, les vides ou le pontage peuvent entraîner des défaillances intermittentes ou un dysfonctionnement complet de l'appareil. Des méthodes d'inspection efficaces sont essentielles pour identifier ces problèmes au début de la production. Vous trouverez ci-dessous des techniques clés pour évaluer la qualité des articles de soudure, couvrant les approches visuelles, microscopiques et non destructives.

Inspection visuelle: basique mais essentielle pour les défauts au niveau de la surface
L'inspection visuelle est la première ligne de défense dans le contrôle de la qualité des articles de soudure, en s'appuyant sur des opérateurs formés ou des systèmes automatisés pour identifier les défauts évidents. Cette méthode consiste à examiner les joints de soudure sous grossissement, généralement 10x - 20x, pour vérifier les irrégularités telles que la soudure insuffisante (articulations sèches), l'excès de soudure (boules de soudure ou ponts) ou des composants mal alignés. L'éclairage approprié est crucial pour mettre en évidence les textures et les contrastes de surface, permettant la détection de fissures ou de mauvais mouillage, où la soudure ne parvient pas à adhérer en douceur aux tampons ou aux pistes.

Les indicateurs visuels clés de qualité comprennent une forme de filet lisse et concave, qui indique un flux de soudure et une adhérence appropriés. Un filet convexe ou irrégulier peut signaler une chaleur insuffisante pendant le reflux ou la contamination sur la surface du coussin. Les chefs de composante doivent être centrés sur des coussinets sans lacunes visibles, car le désalignement peut créer des points de contrainte pendant le cycle thermique ou les vibrations mécaniques. Bien que l'inspection visuelle soit rapide et rentable, elle est limitée aux défauts au niveau de la surface et ne peut pas détecter des vides internes ou des fissures souterraines.

Inspection des rayons X: révéler les défauts cachés dans les assemblages complexes que
l'imagerie des rayons X est indispensable pour inspecter les joints de soudure dans des PCB denses ou multicouches, où l'accès visuel est obstrué par les composants ou la carte elle-même. Cette technique non destructive pénètre dans les matériaux, permettant l'inspection des structures internes comme les réseaux de grille à billes (BGAS), les sans-plats (QFN) quadrums (QFNS) ou les vias à travers. Les rayons X mettent en évidence les vides - les poches d'air piégées dans les joints de soudure - qui peuvent réduire la résistance mécanique et la conductivité thermique, conduisant à une défaillance prématurée sous contrainte.

Le pourcentage de vides est une métrique critique; Les normes de l'industrie spécifient souvent des seuils (par exemple, moins de 25% d'annulation dans les articulations BGA) pour assurer la fiabilité. Les systèmes de rayons X détectent également le pontage entre les broches ou les tampons adjacents, qui peuvent ne pas être visibles à l'extérieur mais peuvent provoquer des courts-circuits. Les systèmes avancés utilisent la tomodensitométrie (CT) pour générer des modèles 3D de joints de soudure, permettant une analyse détaillée du volume, de la forme et de l'alignement. Cependant, l'inspection des rayons X nécessite un équipement spécialisé et du personnel formé pour interpréter avec précision les images, ce qui le rend plus adapté aux applications à grande valeur ou à la sécurité.

Test électrique: Vérification des fonctionnalités par la continuité et les vérifications d'isolement
Les tests électriques confirment que les joints de soudure fournissent des connexions électriques fiables sans voies involontaires. Les tests de continuité vérifient les circuits ouverts en appliquant un courant basse tension entre les points connectés, tels qu'un fil de composant et son coussin correspondant. Un manque de continuité indique une articulation défectueuse, souvent causée par une soudure insuffisante ou une connexion fissurée. Les tests d'isolement, à l'inverse, garantissent qu'il n'y a pas de shorts entre des traces ou des coussinets adjacents en mesurant la résistance; Valeurs inférieures à un pontage de signal de seuil spécifié ou à une contamination.

Les tests en circuit (TIC) et les tests de sonde volante sont des méthodes électriques courantes pour la production à haut volume. Les TIC utilisent des luminaires personnalisés avec des sondes pour contacter les points de test simultanément, offrant une couverture rapide et complète mais nécessitant des coûts de conception initiaux. Les testeurs de sonde volante, équipés de sondes mobiles, sont plus flexibles pour les assemblages à faible volume ou prototypes, bien que plus lents en raison de tests séquentiels. Les tests électriques sont souvent combinés avec d'autres méthodes, car il confirme la fonctionnalité mais ne peut pas identifier les défauts mécaniques comme les articulations faibles ou les vides qui peuvent ne pas encore affecter la conductivité.

Analyse microscopique: L'examen à haute résolution de l'intégrité de l'articulation
L'inspection microscopique fournit une analyse détaillée de la microstructure conjointe de la soudure, révélant des défauts invisibles à l'œil nu ou un grossissement standard. La microscopie électronique à balayage (SEM) offre une imagerie à haute résolution (jusqu'à l'échelle nanométrique) pour détecter l'épaisseur de la couche du composé intermétallique (IMC), ce qui influence la durabilité des articles. Une couche IMC mince et uniforme indique un soudage approprié, tandis que une croissance excessive peut rendre les articulations cassantes. SEM identifie également les micro-cracks ou le délaminage à l'interface Solder-Pad, qui peut se propager sous contrainte thermique ou mécanique.

La microscopie optique, bien que plus faible en résolution que SEM, est plus accessible pour une inspection de routine. Il examine la finition de la surface articulaire, les angles de mouillage et la présence de résidus de flux, qui peuvent corroder les joints au fil du temps s'ils ne sont pas nettoyés correctement. L'analyse transversale consiste à couper un joint de soudure et à le polir pour un examen microscopique, fournissant un aperçu de la distribution interne du vide ou de la séparation des couches. Cette méthode destructrice est généralement réservée à l'analyse des échecs ou à la recherche plutôt qu'aux tests de production de production.

Cyclage thermique et tests mécaniques: simuler les conditions de contrainte du monde réel
pour valider la fiabilité à long terme, les joints de soudure subissent des tests de vie accélérés qui imitent les facteurs de stress opérationnels comme les fluctuations de la température et les vibrations mécaniques. Le cyclisme thermique soumet les PCB à un chauffage et un refroidissement répétés entre les températures extrêmes (par exemple, -40 ° C à 125 ° C), provoquant une expansion et un contrat des matériaux. Les articulations avec vides ou les couches IMC faibles sont plus susceptibles de se fissurer sous cette contrainte, conduisant à une défaillance électrique. La surveillance des changements de résistance pendant le cycle aide à prédire la durée de vie articulaire.

Les tests mécaniques évaluent la résistance aux articles sous force physique, tels que les tests de traction ou de cisaillement. Ces tests mesurent la force requise pour détacher un fil de composant à partir de son pad, avec des valeurs plus élevées indiquant une meilleure adhérence. Pour les dispositifs de montage en surface (SMD), les tests de cisaillement évaluent la liaison entre la soudure et le terminal des composants, tandis que les tests de traction évaluent l'intégrité de la joint entière. Les données de ces tests éclairent les décisions de conception, telles que la géométrie du pad ou la sélection des alliages de soudure, pour améliorer la durabilité dans des environnements à haute vibration comme les applications automobiles ou aérospatiales.

En intégrant les méthodes de tests visuels, radiographiques, électriques, microscopiques et de contrainte, les fabricants peuvent évaluer de manière globale la qualité des articles de soudure. Chaque technique traite des types de défauts spécifiques, garantissant que les défauts sont détectés et résolus avant que les produits n'atteignent les utilisateurs finaux, améliorant ainsi la fiabilité et réduisant les défaillances du champ.