X射線檢測(cè)技術(shù)與安全地檢查焊點(diǎn)中的危險(xiǎn)空洞

　　現(xiàn)在，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電和電動(dòng)汽車(chē)對(duì)全世界的重要性是前所未有的。它們是安全的，都有自己的優(yōu)勢(shì)，都對(duì)所需要的電子組件提出很高要求。

　　電動(dòng)汽車(chē)需要小型化的功率電子設(shè)備來(lái)完成電子驅(qū)動(dòng)與混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的控制任務(wù)。面對(duì)大批量生產(chǎn)，包括有效地保證沒(méi)有故障和質(zhì)量所需要的測(cè)試方式，制造技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。制造技術(shù)需要的搞水平的檢測(cè)技術(shù)，例如三圍X射線分析技術(shù)，也面臨許多挑戰(zhàn)。

　　需要的生產(chǎn)技術(shù)

　　對(duì)于生產(chǎn)集成功率電子器件，把芯片（IGBT或二極管）直接安裝到基板上是成熟的技術(shù)。器件中的電氣連接通過(guò)芯片底面上的很大焊接面積來(lái)實(shí)現(xiàn)，此外，還要到散熱片上，通過(guò)散熱片把模塊在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。對(duì)于使用這種功率控制的情況，如混合動(dòng)力汽車(chē)的電子驅(qū)動(dòng)，散熱器是裝在汽車(chē)?yán)鋮s水回路中。

　　為多余的熱量打開(kāi)大門(mén)

　　功率模塊必須高度可靠，產(chǎn)品的壽命必須很長(zhǎng)。必須保證從芯片產(chǎn)生的熱量全部傳到散熱器去。傳導(dǎo)路徑的熱阻必須很低。

　　在焊錫連接的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，空洞對(duì)質(zhì)量起決定性的作用，尤其是在大尺度焊點(diǎn)中的空洞。焊點(diǎn)的面積可能達(dá)到25平方厘米，控制空洞中封閉氣體的變化很困難。常見(jiàn)的結(jié)果是，留在焊錫中的空洞大小和位置不一樣。從傳熱方面講，空洞可能會(huì)導(dǎo)致模塊功能失常，甚至在正常運(yùn)行時(shí)會(huì)造成損壞。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制是絕對(duì)必要的。

　　讓看不見(jiàn)的東西看得見(jiàn)

　　目前，在焊接工藝完成之后，很少有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)空洞。在生產(chǎn)過(guò)程中，即使進(jìn)行百分之百的測(cè)試，對(duì)測(cè)試技術(shù)的選擇也是受到限制的。聲學(xué)顯微鏡，以及使用X射線分析系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)斷層繪圖儀可以排除在可選用的測(cè)試技術(shù)之外，這是因?yàn)?，捕捉圖像及后接著進(jìn)行的評(píng)估需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，從效率方面講，是不實(shí)用的。

　　原則上，對(duì)于電子組件上的焊點(diǎn)分析，X射線檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到證明是有效的，并已經(jīng)在在線生產(chǎn)中廣泛用于質(zhì)量控制。但是，在目前的情況下，這種檢測(cè)技術(shù)也面臨新的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括：

　　1、對(duì)焊點(diǎn)中的空洞安全地進(jìn)行高分辨率檢測(cè)。

　　2、把各個(gè)層中的空洞分開(kāi)。

　　3、對(duì)每層焊錫中的影響質(zhì)量的參數(shù)（空洞，所有空洞之和，空洞的位置分布）。

　　4、在組件的安裝狀態(tài)下（如安裝在散熱器上）檢查。

　　5、在生產(chǎn)中進(jìn)行百分之百的檢測(cè)。

　　常見(jiàn)的二維和2.5維X光檢測(cè)系統(tǒng)不適合這種測(cè)試任務(wù)，這一點(diǎn)很容易認(rèn)識(shí)到?？疾煺?或斜角X光照射的PCB就可以清楚地說(shuō)明這一點(diǎn)（圖1）。圖像中可以看見(jiàn)空洞，但不能指出它屬于哪一個(gè)具體的焊錫層。

　　圖1 正交-或斜角X光照射PCB的X光圖像

　　把焊錫中的空洞分層極為重要，因?yàn)閷?duì)于芯片與基礎(chǔ)材料的熱耦合和基礎(chǔ)材料與散熱器的熱耦合，設(shè)置的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)顯著不同，因此，使用二維或2.5維光檢測(cè)空洞作出的評(píng)估，會(huì)導(dǎo)致故障逃避檢測(cè)，或者器件由于錯(cuò)誤大量增加而落選。