Pozorování a měření prasklin a dutin pájení
Protože osazené desky tištěných spojů a elektronické komponenty jsou v poslední době stále menší a hustší, je při montáži takových komponentů potřeba vyšší kvalita pájení. Pozorování a analýza vad pájení jsou z hlediska bezpečnosti pokládány za velmi důležité v automobilovém průmyslu, kde se rychle rozšiřuje používání pokročilého počítačového ovládání, a také u koncových zařízení, jako jsou např. smartphony.
Tato část popisuje především nejnovější příklady mikroskopického pozorování typických vad pájení, například prasklin a dutin, pomocí digitálního 4K mikroskopu KEYENCE řady VHX.
- Změny v okolním prostředí pájení
- Vady pájení a důležitost pozorování jeho prasklin a dutin
- Nejnovější příklady pozorování a analýzy prasklin a dutin pájení
- Jednotka vybavená všemi funkcemi nezbytnými pro zajištění kvality pájení
Změny v okolním prostředí pájení
Produkty jako smartphony, tablety a nositelná zařízení, které se velmi rychle rozšířily, jsou stále výkonnější, menší a tenčí. Pro použití v těchto zařízeních získaly na významu osazené desky tištěných spojů a elektronické součástky, které jsou ještě menší a hustší a mají ještě více vrstev.
Automobilový průmysl, kde se zvyšuje poptávka po technologiích, jako jsou automatické brzdy a autonomní řízení zajištěné počítačovým řízením důležitých součástí, dnes vyžaduje větší odolnost a spolehlivost osazených desek tištěných spojů a elektronických součástek použitých ve vozidlech.
Pájení je klíčové pro zajištění elektrické kontinuity a propojení elektronických součástek a větší odolnost a spolehlivost je proto u něj nezbytností. Používání bezolovnatých pájek od začátku tohoto století navíc zvýšilo poptávku po spojovacích technikách, které brání křehnutí materiálů.
Při hodnocení odolnosti a spolehlivosti pájení je nezbytné provádět zkoušky spolehlivosti. Z těchto zkoušek jsou pro hodnocení pájení typicky prováděny zkoušky teplotních cyklů.
Existuje řada vad pájení, které mohou způsobit problémy. Jedním z příkladů je nedostatečná smáčivost* pájecí pasty, která je automaticky nanášena na kovovou desku. V takovém případě může na konkávních částech dojít ke snížení pevnosti spojení s podkladem nebo například k vzniku dutin pájení. Pro zlepšení kvality je nezbytné pomocí pozorování a analýzy zjistit příčiny vad pájení. V další části jsou popsány typické vady pájení, rizika, která tyto vady představují, a nutnost pozorování.
Smáčivost pájky je určena kontaktním úhlem θ mezi pevným povrchem a tekutinou (např. roztavenou pájkou) nanášenou na povrch. Čím menší je úhel A (kontaktní úhel θ) na obrázku, tím vyšší je smáčivost pájky, což představuje situaci, kdy je tekutina široce nanesena na pevný povrch. Čím větší je kontaktní úhel, tím nižší je smáčivost pájky, což představuje situaci, kdy pevný povrch nanášenou tekutinu odpuzuje.
Vady pájení a důležitost pozorování jeho prasklin a dutin
Mezi obvyklé vady pájení, které mohou způsobit poruchu produktu, patří „můstky“ tvořené pájkou a nadměrné množství pájky. V těchto případech způsobuje nadměrná aplikace pájky zkrat mezi přilehlými spoji, výskyt „kuliček“ pájky („rozstřiku“) a poruchy kontinuity v důsledku nadměrného působení tepla nebo „studené pájené spoje“ způsobené odpařováním tavidla či nedostatečným prohřátím.
Dále se u pájení mohou vyskytnout „praskliny” a „dutiny”, které se bezprostředně po montáži obtížně zjišťují a jejich příčiny je těžké identifikovat. Tyto vady mohou být způsobeny nejrůznějšími faktory a mohou se vyskytovat nebo rozvíjet časem nebo v důsledku namáhání, nejen bezprostředně po vytvoření pájeného spoje. Proto je třeba tyto vady pozorovat a analyzovat pomocí mikroskopů nebo jiných měřicích přístrojů.
- Příčiny a rizika prasklin pájení
- Praskliny pájení vznikají nebo se rozvíjejí v důsledku faktorů, jako je únava, čas a namáhání po vytvoření pájeného spoje. Pokud se praskliny, které jsou na počátku osazování mikroskopické, zvětší, zvýší se elektrický odpor spoje. Vyskytují se dokonce případy, kdy praskliny pájení způsobí vznik Jouleova tepla. Velké praskliny mohou vést i k úplnému oddělení spoje, které způsobí poruchu součástky. Především praskliny v bezolovnatých pájkách údajně po svém vzniku rychle rostou. Protože velké praskliny pájení mohou generovat teplo a způsobit požár, je třeba jim z hlediska zajištění kvality věnovat mimořádnou pozornost a zajistit protiopatření.
- Příčiny a rizika dutin pájení
- Dutiny pájení jsou nejčastěji způsobeny vzduchovými bublinami v pájce, která se nanáší během procesu tištění při pájení přetavením, plyny generovanými v průběhu montáže součástek nebi nedostatečnou smáčivostí pájecí pasty nanášené na konkávní části. Dutiny pájení mohou snížit pevnost pájeného spoje a částečně snížená pevnost může následně způsobit prasknutí. Proto je mimořádně důležité identifikovat příčiny dutin pájení a přijmout proti nim vhodná protiopatření.
Pro zajištění kvality, identifikaci příčin poruch a zlepšení procesů, materiálů a kvality je důležité správně pozorovat, analyzovat a vyhodnocovat praskliny a dutiny pájení u vadných produktů zjištěných během různých testů nebo na trhu.
Nejnovější příklady pozorování a analýzy prasklin a dutin pájení
Nanesená pájka je trojrozměrná, ale při pozorování s velkým zvětšením lze vzhledem k nedostatečné hloubce ostrosti zaostřit jen na její část. Proto je nezbytné provádět citlivé zaostření na jednotlivé části pozorovaného objektu.
Mikroskopy se často plně nezaostří na objekty s nepravidelnostmi povrchu způsobenými nedostatečným leštěním. Mezi další problémy konvenčního přístupu patří nezjištěné vady způsobené odrazem od lesklých materiálů a počáteční nepatrné praskliny, které nelze pozorovat při velkém zvětšení nebo v důsledku nedostatečného rozlišení.
Digitální 4K mikroskop KEYENCE řady VHX s vysokým rozlišením dokáže tyto problémy konvenčních zařízení řešit díky optickému systému s vysokým rozlišením a velkou hloubkou ostrosti, 4K obrazovému senzoru CMOS a speciálně navrženým systémům, mezi než patří výkonné osvětlení a pokročilé zpracování obrazu. Pokročilejší pozorování, analýzu vad a hodnocení pájení lze provádět rychle a jednoduše, což výrazně zlepšuje efektivitu práce.
V této části jsou představeny nejnovější příklady pozorování a analýzy vad pájení pomocí řady VHX.
Pozorování prasklin pájení na osazené desce tištěných spojů s náklonem
Pozorovací stojan pro práci pod jakýmkoliv úhlem digitálního 4K mikroskopu řady VHX umožňuje pozorovat trojrozměrné pájené spoje na osazených deskách tištěných spojů s náklonem.
Funkce odstranění odlesků a funkce odstranění kruhových odlesků navíc umožňují pozorovat praskliny pájení zřetelně a bez vlivu odraženého světla typického pro pájení.
Řada VHX disponuje velkou hloubkou ostrosti. K dispozici je i funkce hloubkové kompozice bez ostření, umožňující snadno vytvářet zřetelné snímky, které jsou i při velkém zvětšení plně zaostřeny na celý objekt.
Vlevo: hloubková kompozice, odstranění odlesků,
odstranění kruhových odlesků / vpravo: kruhové osvětlení
Pozorování prasklin pájení na průřezech elektronických součástek
Praskliny pájení, které jsou na počátku mikroskopické, se mohou v průběhu času zvětšovat, což může mít za následek poruchy součástek, tvorbu tepla a vznik požáru. Vážným problémem bývalo přehlédnutí prasklinek vinou nedostatečného zvětšení nebo rozlišení.
Objektivy s vysokým rozlišením a motorizované otáčecí zařízení digitálního 4K mikroskopu řady VHX poskytují funkci souvislého přiblížení, která umožňuje automatické přepínání mezi objektivy od 20násobného po 6000násobné zvětšení s intuitivním ovládáním. Pomocí funkce rozdělení obrazovky lze snímek vadné oblasti s velkým zvětšením zobrazit vedle snímku s malým zvětšením, což uživatelům umožní při pozorování s velkým zvětšením stále sledovat, co zobrazují.
Díky velké hloubce ostrosti a funkci hloubkové kompozice bez ostření lze navíc na zřetelných snímcích sledovat praskliny menší než v řádu mikrometrů i v případě, že průřez vzorku zalitého do pryskyřice vykazuje nerovnosti povrchu v důsledku nedostatečného vyleštění.
(vlevo: 150× / vpravo: 1000×)
(vlevo: 100× / vpravo: 1000×)
Pozorování dutin pájení na vzorcích průřezů
Díky funkci hloubkové kompozice bez ostření poskytuje digitální 4K mikroskop řady VHX i při pozorování s velkým zvětšením plně zaostřené zřetelné snímky průřezu pouzder BGA zalitých v pryskyřici bez vlivu nerovností povrchu způsobených nedostatečným vyleštěním. Při pozorování na těchto snímcích nedojde k přehlédnutí ani nepatrných dutin.
Kvantitativní analýza průřezů desek tištěných spojů
Digitální 4K mikroskop řady VHX umožňuje velmi přesné automatické měření a počítání plochy pomocí zvětšených snímků s vysokým rozlišením. Pomocí těchto funkcí může uživatel na jediné jednotce rychle provádět kvantitativní analýzu i tvorbu zpráv ze zaznamenaných snímků a číselných údajů, což výrazně zkracuje dobu práce.
Hodnocení pevnosti spojení na základě vzhledu pájeného spoje
Při konvenčním pozorování je obtížné stanovit světelné podmínky vzhledem k odrazům od lesklých pájených povrchů, které vedou k odchylkám ve výsledcích hodnocení od jednotlivých operátorů a k přehlédnutí vadných oblastí.
Funkce vícenásobného osvětlení digitálního 4K mikroskopu řady VHX umožňuje pouhým stiskem tlačítka automaticky získat obrazová data s osvětlením ze všech směrů.
Ze snímků pořízených s využitím funkce vícenásobného osvětlení je možné vybrat nejvhodnější snímek pro pozorování a hodnocení, což výrazně zkracuje dobu běžně strávenou nastavováním osvětlení. I po výběru nejvhodnějšího ze snímků s vícenásobným osvětlením jsou automaticky ukládána obrazová data snímků s různým osvětlením, takže lze v případě potřeby pomocí myši okamžitě nahrát další snímky s jinými světelnými podmínkami.
Použitím funkcí odstranění odlesků a odstranění kruhových odlesků lze navíc potlačit odražené světlo typické pro pájení, což umožňuje zřetelně pozorovat vzhled pájených spojů. Roztavená pájka s nízkou smáčivostí se dobře nerozprostře na pájecím podkladu. Tento jev, kterému se říká nesmáčivost, snižuje pevnost pájeného spoje. Je možné provádět pozorování, při kterých se takové pájené spoje nepřehlédnou.
Jednotka vybavená všemi funkcemi nezbytnými pro zajištění kvality pájení
Digitální 4K mikroskop řady VHX s vysokým rozlišením má i řadu dalších funkcí, včetně 2D a 3D měření, které umožňují pomocí jediné jednotky pozorovat, analyzovat, měřit a hodnotit různé typy vad pájení vznikajících při jednotlivých procesech osazování. Navíc lze rychle a pomocí jednoduchých úkonů získat zřetelné 4K snímky a naměřené hodnoty, což uživatelům výrazně zjednodušuje konvenční postupy.
Podrobné informace o řadě VHX získáte po kliknutí na tlačítko ke stažení katalogu níže. V případě dotazů klikněte níže na druhé tlačítko umožňující kontaktování společnosti KEYENCE.
