Metode inspeksi kualitas untuk sambungan solder dalam perakitan PCB: memastikan keandalan listrik dan mekanik
Sambungan solder sangat penting untuk fungsionalitas PCB, berfungsi sebagai koneksi listrik dan jangkar mekanis untuk komponen. Cacat seperti sambungan dingin, rongga, atau menjembatani dapat menyebabkan kegagalan intermiten atau kerusakan perangkat lengkap. Metode inspeksi yang efektif sangat penting untuk mengidentifikasi masalah ini di awal produksi. Di bawah ini adalah teknik utama untuk mengevaluasi kualitas sendi solder, mencakup pendekatan visual, mikroskopis, dan non-destruktif.
Inspeksi visual: Dasar namun penting untuk cacat permukaan
inspeksi visual adalah garis pertahanan pertama dalam kontrol kualitas sendi solder, mengandalkan operator terlatih atau sistem otomatis untuk mengidentifikasi cacat yang jelas. Metode ini melibatkan memeriksa sambungan solder di bawah perbesaran, biasanya 10x -20x, untuk memeriksa penyimpangan seperti solder yang tidak memadai (sambungan kering), solder berlebih (bola solder atau jembatan), atau komponen yang tidak selaras. Pencahayaan yang tepat sangat penting untuk menyoroti tekstur dan kontras permukaan, memungkinkan deteksi retakan atau pembasahan yang buruk, di mana solder gagal menempel dengan lancar ke bantalan atau lead.
Indikator visual utama kualitas termasuk bentuk fillet yang halus dan cekung, yang menunjukkan aliran dan adhesi solder yang tepat. Fillet cembung atau tidak beraturan dapat menandakan panas yang tidak mencukupi selama reflow atau kontaminasi pada permukaan pad. Lead komponen harus dipusatkan pada bantalan tanpa celah yang terlihat, karena misalignment dapat menciptakan titik stres selama siklus termal atau getaran mekanis. Sementara inspeksi visual cepat dan hemat biaya, terbatas pada cacat tingkat permukaan dan tidak dapat mendeteksi retak internal atau retakan bawah permukaan.
Inspeksi X-Ray: Mengungkap cacat tersembunyi dalam rakitan kompleks
pencitraan sinar-X sangat diperlukan untuk memeriksa sambungan solder dalam PCB padat atau multi-lapisan, di mana akses visual terhambat oleh komponen atau papan itu sendiri. Teknik non-destruktif ini menembus bahan, memungkinkan inspeksi struktur internal seperti array kisi bola (BGA), quad datar tanpa-kepala (QFN), atau vias melalui lubang. Sorot rontgen menyoroti rongga-kantong udara yang terperangkap dalam sambungan solder-yang dapat mengurangi kekuatan mekanik dan konduktivitas termal, yang mengarah pada kegagalan prematur di bawah tekanan.
Persentase kekosongan adalah metrik kritis; Standar industri sering menentukan ambang batas (misalnya, kurang dari 25% membatalkan sendi BGA) untuk memastikan keandalan. Sistem sinar-X juga mendeteksi jembatan antara pin atau bantalan yang berdekatan, yang mungkin tidak terlihat secara eksternal tetapi dapat menyebabkan sirkuit pendek. Sistem canggih menggunakan computed tomography (CT) untuk menghasilkan model 3D sambungan solder, memungkinkan analisis rinci volume, bentuk, dan penyelarasan. Namun, inspeksi x-ray membutuhkan peralatan khusus dan personel terlatih untuk menafsirkan gambar secara akurat, membuatnya lebih cocok untuk aplikasi bernilai tinggi atau kritis keselamatan.
Pengujian Listrik: Memverifikasi fungsionalitas melalui kontinuitas dan pemeriksaan isolasi
Pengujian listrik menegaskan bahwa sambungan solder menyediakan koneksi listrik yang andal tanpa jalur yang tidak diinginkan. Pemeriksaan pengujian kontinuitas untuk sirkuit terbuka dengan menerapkan arus tegangan rendah antara titik yang terhubung, seperti timah komponen dan pad yang sesuai. Kurangnya kontinuitas menunjukkan sambungan yang rusak, sering disebabkan oleh solder yang tidak mencukupi atau koneksi yang retak. Pengujian isolasi, sebaliknya, memastikan tidak ada celana pendek antara jejak atau bantalan yang berdekatan dengan mengukur resistensi; Nilai di bawah jembatan atau kontaminasi sinyal ambang batas tertentu.
Pengujian in-sirkuit (TIK) dan pengujian probe terbang adalah metode listrik yang umum untuk produksi volume tinggi. TIK menggunakan perlengkapan khusus dengan probe untuk menghubungi titik tes secara bersamaan, menawarkan cakupan yang cepat dan komprehensif tetapi membutuhkan biaya desain fixture dimuka. Penguji probe terbang, yang dilengkapi dengan probe bergerak, lebih fleksibel untuk rakitan volume rendah atau prototipe, meskipun lebih lambat karena pengujian berurutan. Pengujian listrik sering dikombinasikan dengan metode lain, karena mengkonfirmasi fungsionalitas tetapi tidak dapat mengidentifikasi cacat mekanis seperti sendi atau rongga yang lemah yang mungkin belum mempengaruhi konduktivitas.
Analisis Mikroskopis: Pemeriksaan resolusi tinggi dari
inspeksi mikroskopis integritas sendi memberikan analisis terperinci tentang mikrostruktur sendi solder, mengungkapkan cacat yang tidak terlihat oleh mata telanjang atau pembesaran standar. Scanning Electron Microscopy (SEM) menawarkan pencitraan resolusi tinggi (hingga skala nanometer) untuk mendeteksi ketebalan lapisan senyawa intermetalik (IMC), yang mempengaruhi daya tahan sendi. Lapisan IMC yang tipis dan seragam menunjukkan penyolderan yang tepat, sedangkan pertumbuhan yang berlebihan dapat membuat sendi rapuh. SEM juga mengidentifikasi mikro-retak atau delaminasi pada antarmuka solder-pad, yang dapat merambat di bawah tekanan termal atau mekanik.
Mikroskop optik, sementara resolusi lebih rendah daripada SEM, lebih mudah diakses untuk inspeksi rutin. Ini meneliti finishing permukaan sambungan, sudut pembasahan, dan adanya residu fluks, yang dapat merusak sambungan dari waktu ke waktu jika tidak dibersihkan dengan benar. Analisis cross-sectional melibatkan pemotongan sambungan solder dan memolesnya untuk pemeriksaan mikroskopis, memberikan wawasan tentang distribusi kekosongan internal atau pemisahan lapisan. Metode destruktif ini biasanya dicadangkan untuk analisis kegagalan atau penelitian daripada pengujian jalur produksi.
Bersepeda Termal dan Pengujian Mekanis: Menyemulkan kondisi tegangan dunia nyata
untuk memvalidasi keandalan jangka panjang, sambungan solder menjalani pengujian hidup yang dipercepat yang meniru stressor operasional seperti fluktuasi suhu dan getaran mekanis. Subjek bersepeda termal PCB untuk pemanasan dan pendinginan berulang antara suhu ekstrem (misalnya -40 ° C hingga 125 ° C), menyebabkan bahan mengembang dan berkontraksi. Sendi dengan rongga atau lapisan IMC yang lemah lebih mungkin untuk retak di bawah tekanan ini, yang menyebabkan kegagalan listrik. Memantau perubahan resistensi selama bersepeda membantu memprediksi umur sendi.
Pengujian mekanis mengevaluasi kekuatan sendi di bawah gaya fisik, seperti tes tarik atau geser. Tes ini mengukur gaya yang diperlukan untuk melepaskan timbal komponen dari padnya, dengan nilai yang lebih tinggi menunjukkan adhesi yang lebih baik. Untuk perangkat pemasangan permukaan (SMD), pengujian geser menilai ikatan antara terminal solder dan komponen, sementara pengujian tarikan mengevaluasi seluruh integritas sendi. Data dari tes ini menginformasikan keputusan desain, seperti geometri PAD atau pemilihan paduan solder, untuk meningkatkan daya tahan di lingkungan vibrasi tinggi seperti aplikasi otomotif atau kedirgantaraan.
Dengan mengintegrasikan metode pengujian visual, x-ray, listrik, mikroskopis, dan stres, produsen dapat secara komprehensif mengevaluasi kualitas sambungan solder. Setiap teknik membahas jenis cacat tertentu, memastikan cacat terdeteksi dan diselesaikan sebelum produk mencapai pengguna akhir, sehingga meningkatkan keandalan dan mengurangi kegagalan lapangan.
