X射線檢測技術(shù)與安全地檢查焊點中的危險空洞

　　現(xiàn)在，風(fēng)能、太陽能發(fā)電和電動汽車對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，都對所需要的電子組件提出很高要求。

　　電動汽車需要小型化的功率電子設(shè)備來完成電子驅(qū)動與混合動力驅(qū)動的控制任務(wù)。面對大批量生產(chǎn)，包括有效地保證沒有故障和質(zhì)量所需要的測試方式，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芯片底面上的很大焊接面積來實現(xiàn)，此外，還要到散熱片上，通過散熱片把模塊在正常運行時產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。對于使用這種功率控制的情況，如混合動力汽車的電子驅(qū)動，散熱器是裝在汽車冷卻水回路中。

　　為多余的熱量打開大門

　　功率模塊必須高度可靠，產(chǎn)品的壽命必須很長。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)量標準中，空洞對質(zhì)量起決定性的作用，尤其是在大尺度焊點中的空洞。焊點的面積可能達到25平方厘米，控制空洞中封閉氣體的變化很困難。常見的結(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，空洞可能會導(dǎo)致模塊功能失常，甚至在正常運行時會造成損壞。因此，在生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制是絕對必要的。

　　讓看不見的東西看得見

　　目前，在焊接工藝完成之后，很少有機會發(fā)現(xiàn)空洞。在生產(chǎn)過程中，即使進行百分之百的測試，對測試技術(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)的計算機斷層繪圖儀可以排除在可選用的測試技術(shù)之外，這是因為，捕捉圖像及后接著進行的評估需要比較長的時間，從效率方面講，是不實用的。

　　原則上，對于電子組件上的焊點分析，X射線檢測技術(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，這種檢測技術(shù)也面臨新的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括：

　　1、對焊點中的空洞安全地進行高分辨率檢測。

　　2、把各個層中的空洞分開。

　　3、對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)中進行百分之百的檢測。

　　常見的二維和2.5維X光檢測系統(tǒng)不適合這種測試任務(wù)，這一點很容易認識到?？疾煺?或斜角X光照射的PCB就可以清楚地說明這一點（圖1）。圖像中可以看見空洞，但不能指出它屬于哪一個具體的焊錫層。

　　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，因為對于芯片與基礎(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)量標準顯著不同，因此，使用二維或2.5維光檢測空洞作出的評估，會導(dǎo)致故障逃避檢測，或者器件由于錯誤大量增加而落選。