Obserwacje i pomiary pęknięć i pustek lutowniczych
Ponieważ ostatnio zmontowane płytki PCB i komponenty elektroniczne stają się coraz mniejsze i gęstsze, wymagana jest wyższa jakość lutu stosowanego do ich montażu. Z punktu widzenia bezpieczeństwa, obserwacja i analiza wad lutowniczych mają duże znaczenie w przemyśle motoryzacyjnym, gdzie gwałtownie wzrasta wykorzystanie zaawansowanego sterowania komputerowego, jak również w urządzeniach takich jak smartfony.
W tej części przedstawione są najnowsze przykłady obserwacji mikroskopowych typowych wad lutowniczych, takich jak pęknięcia i pustki lutownicze, przy użyciu najnowszego mikroskopu cyfrowego 4K firmy KEYENCE.
- Zmiany w środowisku wokół lutu
- Wady lutownicze i znaczenie obserwacji pęknięć i pustek lutowniczych
- Najnowsze przykłady obserwacji i analizy pęknięć i pustek lutowniczych
- Obserwacja pod kątem pęknięć lutowniczych na zmontowanych płytkach PCB
- Obserwacja pęknięć lutowniczych na przekrojach elementów elektronicznych
- Obserwacja pustek lutowniczych na przekrojach poprzecznych próbek
- Analiza ilościowa przekrojów poprzecznych płytek PCB
- Ocena wytrzymałości spoiny na podstawie wyglądu wypływki lutowniczej
- Urządzenie posiadające wszystkie funkcje niezbędne do zapewnienia jakości lutu
Zmiany w środowisku wokół lutu
Urządzenia takie jak smartfony, tablety i urządzenia ubieralne — które szybko się rozpowszechniły — stają się coraz bardziej funkcjonalne, mniejsze i cieńsze. Zmontowane płytki PCB i komponenty elektroniczne, które mogą być stosowane w takich urządzeniach, stały się jeszcze mniejsze, gęstsze i złożone z większej liczby warstw.
Przemysł motoryzacyjny, wraz z jego stale rosnącym zapotrzebowaniem na technologie takie jak automatyczne hamowanie i autonomiczna jazda, które są możliwe tylko dzięki skomputeryzowanemu sterowaniu kluczowymi komponentami, wymaga obecnie, aby zmontowane płytki PCB i komponenty elektroniczne instalowane w samochodach były bardziej trwałe i niezawodne.
Lut odgrywa kluczową rolę w ciągłości elektrycznej i połączeniach pomiędzy komponentami elektronicznymi i dlatego musi być szczególnie trwały i niezawodny. Dodatkowo, stosowanie lutów bezołowiowych, które rozpoczęło się w latach 2000, zwiększyło zapotrzebowanie na techniki łączenia, które zapobiegają kruchości materiałów.
Testy niezawodnościowe są niezbędne przy ocenie trwałości i niezawodności lutów. Spośród nich, do badania lutów zazwyczaj stosuje się testy cyklu temperaturowego.
Istnieją różne wady lutownicze, które mogą powodować problemy. Może to być na przykład wada spowodowana niewystarczającą zwilżalnością* pasty lutowniczej, która jest automatycznie nakładana na płytę metalową i drukowana. Taki lut, w częściach wklęsłych, może zmniejszyć siłę wiązania do punktu lutowniczego lub powodować wady, takie jak pustki lutownicze. W celu poprawy jakości niezbędne jest wykorzystanie obserwacji i analizy do identyfikacji przyczyn wad lutowniczych. W następnej części wyjaśniono typowe wady lutownicze, zagrożenia, jakie te wady stwarzają, oraz konieczność obserwacji.
Zwilżalność lutu jest wskazywana przez kąt kontaktu θ pomiędzy stałą powierzchnią a cieczą (np. roztopionym lutem) naniesioną na tę powierzchnię. Im mniejszy jest kąt A (kąt kontaktu θ) na rysunku, tym większa jest zwilżalność lutu, co oznacza sytuację, w której ciecz jest szeroko nanoszona na powierzchnię ciała stałego. Im większy kąt kontaktu, tym mniejsza zwilżalność lutu, co oznacza sytuację, w której powierzchnia stała odpycha nałożoną ciecz.
Wady lutownicze i znaczenie obserwacji pęknięć i pustek lutowniczych
Typowe wady lutu mogące powodować awarie produktów to „mostki lutownicze” i „nadmiar lutu”, w których nadmierne zastosowanie lutu powoduje zwarcie pomiędzy sąsiadującymi połączeniami, „kulki lutownicze (rozpryskiwanie)” i „wady ciągłości” spowodowane nadmiernym zastosowaniem ciepła oraz „zimne połączenia lutowane” spowodowane odparowaniem topnika lub niewystarczającym podgrzaniem.
Istnieją również „pęknięcia lutu” i „pustki lutownicze”, które trudno wykryć i określić ich przyczyny bezpośrednio po montażu. Wady te mogą być spowodowane różnymi czynnikami i mogą wystąpić lub postępować nie tylko bezpośrednio po utworzeniu złącza lutowanego, ale również z upływem czasu lub w wyniku naprężeń. Dlatego wady te muszą być obserwowane i analizowane za pomocą mikroskopów lub innych przyrządów pomiarowych.
- Przyczyny powstawania pęknięć lutowniczych i związane z tym zagrożenia
- Pęknięcia lutownicze pojawiają się lub postępują z powodu czynników takich jak zmęczenie, upływ czasu i oddziaływanie naprężeń po utworzeniu złączy lutowanych. Jeśli pęknięcia, które w początkowej fazie umieszczania pakietu elektronicznego są mikroskopijne, będą się powiększać, rezystancja złącza wzrośnie. Odnotowano nawet przypadki wydzielania ciepła na skutek pęknięć lutowniczych. Powiększające się pęknięcia mogą również całkowicie rozdzielić złącze, prowadząc do uszkodzenia elementu. Uważa się w szczególności, że pęknięcia w lutach bezołowiowych postępują szybko po ich powstaniu. Ponieważ duże pęknięcia lutownicze mogą generować ciepło i powodować pożar, wymagają one szczególnej uwagi i środków zaradczych z punktu widzenia zapewnienia jakości.
- Przyczyny powstawania pustek lutowniczych i związane z tym zagrożenia
- Pustki lutownicze są spowodowane głównie przez pęcherzyki powietrza zawarte w stopie lutowniczym nakładanym w procesie lutowania rozpływowego, gazy powstające w procesie montażu elementów oraz niewystarczającą zwilżalność pasty lutowniczej nakładanej na elementy wklęsłe. Pustki lutownicze mogą zmniejszyć wytrzymałość lutu, a to z kolei może prowadzić do jego pęknięcia. Dlatego tak ważna jest identyfikacja przyczyn powstawania pustek lutowniczych i przeciwdziałanie im.
W celu zapewnienia jakości, identyfikacji przyczyn niepowodzeń oraz poprawy procesów, materiałów i jakości, należy prawidłowo obserwować, analizować i oceniać pęknięcia lutownicze i pustki lutownicze w wadliwych produktach, które są wykrywane w różnych testach i na rynku.
Najnowsze przykłady obserwacji i analizy pęknięć i pustek lutowniczych
Nałożony lut jest trójwymiarowy, ale tylko jego część może zostać wyostrzona podczas obserwacji w dużym powiększeniu ze względu na niewystarczającą głębię ostrości. W związku z tym konieczne jest delikatne ustawianie ostrości dla każdej części obserwowanego obiektu.
Mikroskopy często nie są w stanie w pełni ustawić ostrości na obiektach o nieregularnościach powierzchni spowodowanych niedostatecznym polerowaniem. Inne typowe problemy to niewykryte defekty spowodowane odbiciami od błyszczących materiałów oraz początkowe subtelne pęknięcia, których nie można zaobserwować przy dużym powiększeniu lub z powodu niewystarczającej rozdzielczości.
Mikroskop cyfrowy KEYENCE serii VHX o wysokiej rozdzielczości 4K może rozwiązać te problemy dzięki systemowi optycznemu o wysokiej rozdzielczości i dużej głębi ostrości, matrycy CMOS 4K i specjalnie zaprojektowanym systemom, takim jak wysoko wydajne oświetlenie i zaawansowane przetwarzanie obrazu. Bardziej zaawansowana obserwacja, analiza defektów i ocena połączenia lutowanego może być przeprowadzona szybko przy użyciu prostych operacji, co znacznie poprawia wydajność pracy.
W tej części przedstawiono najnowsze przykłady obserwacji i analizy wad połączeń lutowanych przy użyciu urządzeń serii VHX.
Obserwacja pod kątem pęknięć lutowniczych na zmontowanych płytkach PCB
System obserwacji pod dowolnym kątem mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX umożliwia obserwację pod kątem trójwymiarowych wypływek lutowniczych na płytkach zmontowanych płytkach PCB.
Ponadto funkcja usuwania blasku oraz funkcja usuwania odbicia pierścieniowego umożliwiają obserwację pęknięć lutowniczych, która jest zarówno wyraźna, jak i niezakłócona przez specyficzne dla lutu światło odbite.
Seria VHX zapewnia dużą głębię ostrości. Dostępna jest również kompozycja głębi w czasie rzeczywistym, która z łatwością tworzy wyraźne obrazy zapewniające ostrość całego obiektu, nawet przy dużym powiększeniu.
Po lewej: kompozycja głębi, usuwanie blasku, usuwanie odbicia pierścieniowego/
po prawej: oświetlenie pierścieniowe
Obserwacja pęknięć lutowniczych na przekrojach elementów elektronicznych
Pęknięcia lutownicze, początkowo mikroskopijne, z czasem mogą się powiększać, prowadząc do uszkodzeń komponentów, wydzielania ciepła i pożarów. Niezauważanie drobnych pęknięć z powodu niewystarczającego powiększenia lub rozdzielczości stanowiło poważny problem.
Obiektywy o wysokiej rozdzielczości i silnikowy mechanizm rewolwerowy mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX umożliwiają płynne działanie zoomu, który automatycznie — po zastosowaniu intuicyjnych działań — przełącza obiektywy w zakresie powiększenia od 20× do 6000×. Obraz uszkodzonego obszaru w dużym powiększeniu może być wyświetlany obok obrazu w małym powiększeniu przy użyciu funkcji podziału ekranu, co pozwala użytkownikom zawsze śledzić, co oglądają podczas obserwacji w dużym powiększeniu.
Ponadto, dzięki dużej głębi ostrości i kompozycji głębi w czasie rzeczywistym, pęknięcia rzędu submikronowego mogą być wyraźnie widoczne nawet wtedy, gdy docelowy przekrój poprzeczny próbki osadzonej w żywicy ma nierówności powierzchni spowodowane niedostatecznym polerowaniem.
(po lewej: 150×/po prawej: 1000×)
(po lewej: 100×/po prawej: 1000×)
Obserwacja pustek lutowniczych na przekrojach poprzecznych próbek
Dzięki kompozycji głębi w czasie rzeczywistym, mikroskop cyfrowy 4K serii VHX zapewnia w pełni wyostrzone, wyraźne obrazy przekroju poprzecznego BGA osadzonego w żywicy, nawet podczas obserwacji w dużym powiększeniu, bez wpływu nieregularności powierzchni spowodowanych niedostatecznym polerowaniem. Obrazy te umożliwiają obserwację bez przeoczenia nawet subtelnych pustek.
Analiza ilościowa przekrojów poprzecznych płytek PCB
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX umożliwia bardzo dokładny automatyczny pomiar i zliczanie obszaru dzięki powiększonemu obrazowi o wysokiej rozdzielczości. Funkcje te pozwalają użytkownikom na szybkie przeprowadzanie analiz ilościowych i tworzenie raportów z wykorzystaniem zarejestrowanych obrazów i danych liczbowych za pomocą jednego urządzenia, co znacznie skraca czas pracy.
przekroju poprzecznym płytki PCB (500×)
Ocena wytrzymałości spoiny na podstawie wyglądu wypływki lutowniczej
W przypadku tradycyjnej obserwacji warunki oświetleniowe są trudne do określenia ze względu na odbicia od błyszczących powierzchni lutu, co powoduje różnice w wynikach oceny między operatorami i przeoczenie wadliwych obszarów.
Dzięki funkcji multioświetlenia mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX, dane o oświetleniu wielokierunkowym są automatycznie rejestrowane po naciśnięciu jednego przycisku.
Spośród obrazów zarejestrowanych za pomocą funkcji multioświetlenia można wybrać najbardziej odpowiedni obraz do wykorzystania na potrzeby obserwacji i oceny, co znacznie skraca czas zwykle wymagany do regulacji oświetlenia. Dane obrazów z różnym oświetleniem są automatycznie zapisywane nawet po wybraniu najbardziej odpowiedniego obrazu z multioświetleniem, więc inne obrazy z różnymi warunkami oświetleniowymi mogą być natychmiast wczytywane za pomocą operacji myszą.
Co więcej, zastosowanie funkcji usuwania blasku oraz usuwania odbicia pierścieniowego tłumi specyficzne dla lutu światło odbite, umożliwiając obserwację wyglądu złączy lutowniczych na wyraźnych obrazach. Stopiony lut o niskiej zwilżalności nie rozprowadza się dobrze na punkcie lutowniczym. Jest to tzw. brak zwilżania i zmniejsza wytrzymałość złącza lutowniczego. Istnieje możliwość obserwacji, w której takie wypływki lutownicze nie zostaną przeoczone.
Urządzenie posiadające wszystkie funkcje niezbędne do zapewnienia jakości lutu
Mikroskop cyfrowy serii VHX o wysokiej rozdzielczości 4K posiada wiele innych funkcji, takich jak wykonywanie pomiarów 2D i 3D, umożliwiając wykonywanie za pomocą jednego urządzenia obserwacji, analizy, pomiaru i oceny różnych rodzajów wad lutowniczych występujących w różnych procesach rozmieszczania elementów elektronicznych. Ponadto, za pomocą prostych operacji można szybko uzyskać wyraźne obrazy 4K i wartości pomiarowe, co pozwala użytkownikom znacznie usprawnić konwencjonalne procedury.
Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat serii VHX, kliknij przycisk poniżej i pobierz katalog. W przypadku zapytań, kliknij poniżej przycisk umożliwiający kontakt z firmą KEYENCE.
