中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 陕西西安 710076
摘要:BGA是一种高密度的封装工艺,已被广泛用于电子设备的生产。但是,受焊接温度梯度大和焊点间距较窄等因素的制约,BGA焊点容易出现焊接质量差和焊点开裂等问题,从而影响到产品的可靠性与稳定性。基于微焦X射线技术的BGA对焊接接头进行无损探测,其分辨率高、灵敏度高,可对焊接过程中的微细裂纹进行快速准确的探测。基于此,本文开展基于微焦点x射线BGA焊点缺陷检测研究,旨在为提高BGA焊缝的质量奠定基础。
关键词:微焦点X射线;BGA封装;焊点检测;缺陷分析
基于微焦点x射线技术的应用可为BGA焊接缺陷检测提供精准的手段,利用微焦X光的高分辨图像,对BGA焊接过程中出现的焊缝、气孔和裂纹等缺陷进行精确的探测。技术直接提高焊接工艺的精度,也可使得生产过程中能够及时发现并修复焊接出现的缺陷,进而提高焊接设备的使用效率和可靠性。该技术无需对焊接点进行损伤探测,具有无接触、无损伤的特点,能够最大限度提升测试效率,从而减少制造成本。
一、BGA检测图像处理技术
BGA图像处理技术是电子制造领域的重要环节,其核心是图像滤波、焊点轮廓提取及气泡提取。
(一)图像滤波法
采用图像滤波算法,消除噪声、消除干扰,提高图像的清晰度。常用滤波方法有中值滤波器、高斯滤波器、均值滤波器等,这些方法在对图像进行平滑处理的同时,可以很好地保持图像的边缘(如表一)。
滤波方法 | 特点 | 应用场景 | 平均检测准确率(%) | 平均处理时间(秒) |
均值滤波 | 简单易实现,适用于轻度噪声 | BGA焊点周围噪声去除 | 85 | 0.5 |
中值滤波 | 能有效去除椒盐噪声 | BGA焊点图像复原 | 88 | 0.7 |
高斯滤波 | 能平滑图像并保留边缘信息 | BGA焊点特征提取 | 90 | 1.0 |
表一:对比不同图像滤波方法在BGA检测中的效果
(二)焊点轮廓提取
焊点轮廓提取就是将焊点边界信息准确地提取出来,以供分析与识别。该步骤涉及边缘提取、形态学处理以及轮廓提取,以实现焊点与周围环境的有效区分,从而保证焊点检测的精度与稳定性(如图一)。
图一:焊点轮廓提取示意图
(三)气泡提取
气泡提取指的是对BGA焊接过程中可能产生的气泡缺陷进行检测和识别,气泡是影响焊点质量及可靠性的重要因素,因此对气泡缺陷进行及时检测和治理显得尤为重要。利用图像处理技术,可有效提取缺陷的位置、形状、尺寸等信息,为缺陷修复及质量控制奠定基础。
二、缺陷识别
BGA图像处理是现代制造业中重要的技术手段,其可以帮助生产线快速、准确发现焊接质量问题,从而保证产品质量达到标准。焊接过程中存在的主要问题诸多,包括焊点偏大、焊点起泡、焊点歪斜、漏焊、连桥、焊点开焊、焊点变形等。不同的故障均会影响产品质量,针对各种故障有效识别,有助于了解缺陷的本质,从而采取有效措施加以解决。焊点偏大是一种普遍现象,主要原因是焊锡量太大或温度过高。数据统计表明,焊点偏大的概率在5%左右,严重影响了焊点周边设备的可靠性。基于此,研究提出通过调整焊接工艺、控制焊锡量和优化焊接工艺等措施来防止焊锡偏大的发生。焊点气泡也是焊接过程中普遍存在的一种质量问题,会使焊点之间的连接强度变差,从而影响产品的稳定性。据统计,焊接过程中产生的气体残留或焊锡杂质引起的焊点气泡发生率约为3%。针对焊点起泡的问题,研究提出加强焊接前的清洗工作,从而控制焊接温度及时间,通过选用优质焊料等措施,有效减少气泡的产生。另外,还需要对焊接过程中出现的焊点错位、焊点缺失、连桥、焊点开焊、焊点变形等缺陷进行及时的检测和处理,相关行业通过进一步优化生产工艺,从而提高产品质量与稳定性(如表二)。
焊接缺陷 | 缺陷频率 | 缺陷面积(mm²) | 缺陷位置偏移量(µm) | 缺陷对焊点连接强度影响(%) |
焊点偏大 | 5% | 1.5 | 10 | 15% |
焊点气泡 | 8% | 0.8 | 5 | 20% |
焊点偏移 | 3% | 1.2 | 8 | 10% |
焊点缺失 | 2% | 2.0 | 15 | 30% |
连桥 | 4% | 1.0 | 12 | 25% |
焊点开焊 | 6% | 1.3 | 6 | 18% |
焊点变形 | 7% | 1.1 | 7 | 22% |
表二:常见的BGA焊接缺陷及对应的参数
结合上述相关数据分析来看,不同类型的焊接缺陷对焊点连接强度的影响是不同的。焊点缺失、连桥等缺陷对连接强度影响最大,且存在较大的缺陷区域及位置偏移量,导致连接强度降低比例较大。焊点偏移、焊点变形虽频繁,但对焊点强度影响不大,影响相对较小。因此,BGA检测图像处理技术中,根据焊接缺陷的不同采用不同技术进行处理,以此保障焊接质量的可靠性。通过详细的数据分析,有利于相关人员快速识别焊接存在的缺陷,借鉴BGA图像处理技术可为技术人员提供指导,从而提高生产效率及产品质量。
三、实验结果与分析
针对基于微焦X射线技术的BGA焊点缺陷检测方法进行实验与研究,并对技术进行综合分析。有利于相关行业发现使用微焦X射线对BGA焊点中的各种缺陷进行检测,如裂纹、虚焊、气泡等,是当下行之有效的手段。该方法不仅能对缺陷进行精确定位,而且能提供高分辨率的微观图像,有助于深入分析缺陷的本质及成因。试验过程中,发现BGA焊点存在常见的缺陷问题,如焊点开焊、焊点偏移等。通过分析虚焊缺陷产生的原因,认为主要原因是焊接温度不够、焊接时间不够、焊料质量等存在问题。另外,在电路板上还发现一些较为严重的裂纹缺陷,各种缺陷可能导致焊点失效,从而影响整个电路板的稳定性与可靠性。综合以上研究结果,项目提出基于BGA技术的焊点缺陷检测方法是一种高效、准确、可靠的检测方法,有助于企业快速发现并解决焊点缺陷,提升产品质量与可靠性。相信在今后的工作中,技术人员会对该技术进行进一步优化,从而拓展其应用范围,可为我国电子制造业的发展奠定技术基础。
结束语:
综上所述,通过本项目研究,深入探讨BGA焊接形成缺陷的机制,进一步阐明焊接接头内部的微观机理,对提高焊接性能及质量具有指导意义。立足持续发展与革新的年代,只有时刻关注科技,提升自身的业务水准与科研实力,方可持续走在业界前列。相信未来,基于微焦点X射线BGA混合焊点缺陷检测技术持续发展,经过不断探索,进一步提升检测的效率与准确性,从而为制造行业带来更多的技术创新与突破。
参考文献:
[1]张瑞秋,张宪民,陈忠.基于三维X射线和Fisher准则的BGA焊点检测算法[J].焊接学报.2011(04)
[2]曹捷,麻树波,张国琦,赵宝升,赛小锋,李伟.新型高分辨率BGAX射线检测机[J].电子工艺技术.2008(06)
[3]喻春雨,常本康,魏殿修.新型X光成像系统及其性能分析[J].仪器仪表学报.2007(01)