確定助焊劑殘余物的探針可測(cè)性

線路板完成焊接后焊點(diǎn)周?chē)鷷?huì)有很多助焊劑殘余物，這些殘余物不僅影響美觀，更為嚴(yán)重的是在探針對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試時(shí)它會(huì)阻礙探針與焊點(diǎn)的接觸。本文介紹一種用**測(cè)量探針與焊盤(pán)之間電性阻抗的方法，確定助焊劑殘余物的探針可測(cè)性。

雖然目前還沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的探針可測(cè)性標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，但焊膏制造商們近年來(lái)在這方面開(kāi)展了多項(xiàng)研究。已公布的研究報(bào)告表明，這些研究主要集中在穿透焊劑殘余物所需力的大小，以及探針藉由大量測(cè)試后外觀上的變化等方面。

滿足探針可測(cè)性的理想焊劑殘余物，其基本特性是不能妨礙探針與測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行電性接觸，不管是在探針剛開(kāi)始使用還是藉由成百上千次測(cè)試以后。要實(shí)現(xiàn)這種特性，可以使用不同配方的焊料，如焊劑殘余物少、回流焊過(guò)程中能使殘余物流到探針觸點(diǎn)以外、焊劑殘余物容易破碎或者殘余物較為柔軟而使得探針容易穿透之類(lèi)的各種焊料。

探針探測(cè)時(shí)，這些焊劑殘余物不應(yīng)對(duì)探針表面造成污染，因?yàn)槲廴緯?huì)在上面積聚，另外殘余物還應(yīng)適用于目前使用的低彈力探針。我們根據(jù)一種檢測(cè)系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)出一種新檢測(cè)方法，這種系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間對(duì)低彈力探針(*壞情形下)每次探測(cè)的接觸阻抗進(jìn)行量化處理。

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試驗(yàn)設(shè)計(jì)

◆探針數(shù)組式樣

首先設(shè)計(jì)一塊簡(jiǎn)單的試驗(yàn)板，目的是做出一個(gè)簡(jiǎn)陋的表面，上面有凸起焊球和很小但可以作為探測(cè)點(diǎn)的焊盤(pán)(直徑30mil)，這些點(diǎn)數(shù)量龐大(2,916點(diǎn)/塊)，可以快速進(jìn)行測(cè)試。板子均采用4.5英吋正方形鋁板，在上面按銀鈀6:1的比例鍍上厚膜導(dǎo)體。上面還設(shè)計(jì)了兩個(gè)圓形基準(zhǔn)點(diǎn)，以便使用全自動(dòng)印刷機(jī)時(shí)能進(jìn)行視覺(jué)對(duì)位調(diào)整，試驗(yàn)中采用厚度6mil、開(kāi)口直徑28mil的模板。

◆數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

為測(cè)試探針阻抗，測(cè)試系統(tǒng)使用一塊插在PC擴(kuò)展槽中的數(shù)據(jù)采集板，由測(cè)試系統(tǒng)提供5V電壓并測(cè)量和探針串聯(lián)在一起的電阻上的壓降，試驗(yàn)板上的導(dǎo)體則作為地線形成回路。系統(tǒng)設(shè)置為以每秒5次的抽樣頻率對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量和記錄，并將所有讀數(shù)輸出到一個(gè)ASCII文本文件中，然后再送入電子表格軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化與分析。

◆機(jī)械設(shè)計(jì)

為能更好地對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行探測(cè)，還制作了一個(gè)簡(jiǎn)單的探針夾具，固定在一臺(tái)可設(shè)置的點(diǎn)膠機(jī)點(diǎn)膠頭上，效果上就像一臺(tái)xyz軸完全可程序的飛針探測(cè)裝置。z軸設(shè)為-0.167英吋，這是建議的探針工作行程，可以施加99克探測(cè)力。

先對(duì)三種類(lèi)型探針進(jìn)行比較，分別為皇冠型、鏟型和尖頭型，針的直徑為0.031英吋,測(cè)試范圍0.050英吋。針柱和針頭為鋼材料，外層鍍鎳后再鍍一層金拋光；針筒為銅鈹合金，同樣藉由鎳金拋光。其額定平均阻抗為25MΩ。

◆試驗(yàn)過(guò)程

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在試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，*初計(jì)畫(huà)對(duì)三種探針同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，夾具配置成*多可黏著四根探針。試驗(yàn)板上測(cè)試點(diǎn)以四個(gè)為一組，組成27×27數(shù)組，數(shù)據(jù)采集板可同時(shí)測(cè)量記錄8個(gè)信道的數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)計(jì)畫(huà)用這種多探針測(cè)試裝置試幾種焊膏，然后根據(jù)測(cè)試結(jié)果，選出*適合探測(cè)點(diǎn)表面的探針類(lèi)型，同時(shí)比較焊膏的探針可測(cè)性。因?yàn)樵囼?yàn)的目的是確定探針長(zhǎng)時(shí)間使用后阻抗的大小，所以使用一個(gè)探針進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)在一塊板上的探測(cè)次數(shù)是多探針時(shí)的4倍。

試驗(yàn)使用的六種焊膏都是免清洗型、63/37錫鉛合金、90%固體含量和3號(hào)錫粉，它們包含了當(dāng)今市面上聲稱(chēng)符合探針測(cè)試性要求的所有產(chǎn)品。根據(jù)熱重分析法，測(cè)得它們回焊后的焊劑殘余物都在5%到6%的范圍內(nèi)，這六種焊膏分別編為A到F。

焊膏印刷之后，將試驗(yàn)板放在空氣環(huán)境下以預(yù)先設(shè)計(jì)的溫度曲線進(jìn)行回流焊，相對(duì)來(lái)說(shuō)時(shí)間較短溫度也比較低(圖1)，這是為了使焊劑殘余物的數(shù)量及附著性接近*差條件下的情形。

 <http://www.eetc.globalsources.com/ARTICLES/2001JUL/B/TA1-3.JPG>多針測(cè)試

這個(gè)試驗(yàn)是對(duì)回流焊后的焊劑殘余物探針可測(cè)性進(jìn)行量化的**次嘗試，試驗(yàn)中所有三種類(lèi)型的探針都用到了。數(shù)據(jù)采集頻率為每秒5次，探針接觸到錫球后有2秒鐘停留時(shí)間。每種焊膏測(cè)試六塊板，每種探針進(jìn)行4,374次探測(cè)。

夾具上探針之間的間隙不如試驗(yàn)板上探測(cè)點(diǎn)柵格間距**，因此會(huì)在探針頭與焊球頂部之間產(chǎn)生定位誤差，所以每塊板試驗(yàn)開(kāi)始之前，都要調(diào)整所有3個(gè)探針的位置，使它們與相應(yīng)焊盤(pán)位置對(duì)準(zhǔn)。 結(jié)果表明，鏟型探針在沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)時(shí)表現(xiàn)*差，如果不是對(duì)著正中它往往會(huì)滑出焊盤(pán)而探到焊點(diǎn)旁邊一般有很厚焊劑殘余物的地方。尖頭型探針也有類(lèi)似缺點(diǎn)，但因?yàn)樗?，所以稍好一些?/span>

對(duì)每一種焊膏，試驗(yàn)前都黏著一套全新的探針，并在試驗(yàn)后對(duì)探針拍照以記錄針頭污染及灰塵積聚情況。圖2是試驗(yàn)后拍下的探針照片。

單針測(cè)試

單針測(cè)試使用皇冠型針，每次都裝一個(gè)新的，數(shù)據(jù)采樣率仍然是每秒5次，但停留時(shí)間縮短為1秒以節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間。試驗(yàn)中探針要探測(cè)四塊板上的所有點(diǎn)，總共測(cè)11,664次，以觀察六種焊膏對(duì)探針長(zhǎng)期可測(cè)性的影響。

立即測(cè)試與延遲測(cè)試對(duì)比

到現(xiàn)在為止，我們所有的試驗(yàn)都是在焊膏剛完成回流焊時(shí)進(jìn)行的，在焊膏回焊的當(dāng)天完成探針測(cè)試，以仿真在線測(cè)試。我們用一種新的焊膏對(duì)*終測(cè)試時(shí)的探針可測(cè)性也作了研究，這種焊膏編號(hào)為H，和前六種焊膏的物理特性相同，也是免清洗型。用它作了八塊試驗(yàn)板，其中四塊板立即進(jìn)行測(cè)試以仿真在線測(cè)試，其余四塊則在72小時(shí)之后測(cè)試以仿真*終測(cè)試。

數(shù)據(jù)顯示，用焊膏H的探針其可測(cè)性有少量降低。具體地說(shuō)，立即測(cè)試時(shí)有26次探測(cè)的阻抗超過(guò)10Ω，而在72小時(shí)之后的測(cè)試?yán)镞@種現(xiàn)象出現(xiàn)了34次。而延遲測(cè)試失敗時(shí)測(cè)得的數(shù)值也要高，說(shuō)明焊劑殘余物隨時(shí)間推移會(huì)有所變硬。

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本文結(jié)論

多探針測(cè)試有助于我們理解探針與焊盤(pán)對(duì)準(zhǔn)的重要性，藉由采用低彈力探針和類(lèi)似焊點(diǎn)的探測(cè)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)對(duì)每次探測(cè)進(jìn)行電性量化，可以幫助做出具有更好測(cè)試性的設(shè)計(jì)方案。這項(xiàng)測(cè)試只是對(duì)每次探測(cè)的探針接觸阻抗進(jìn)行實(shí)際量測(cè)的一種初步試驗(yàn)，所以還難以確定探針在何時(shí)需要清潔或更換。

對(duì)探測(cè)阻抗進(jìn)行多次量測(cè)有助于將其它干擾區(qū)分開(kāi)(圖3)。判斷合格與失敗的標(biāo)準(zhǔn)與具體應(yīng)用密切相關(guān)，例如因探針被污染而使回路總電阻增加20Ω對(duì)某個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)可能并不重要，但對(duì)另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，增加20Ω則可能導(dǎo)致誤判而需要重測(cè)或返工。

試驗(yàn)過(guò)程中我們看到，除非探針臟污特別嚴(yán)重，否則單純依靠視覺(jué)檢查探針頭的焊劑殘?jiān)遣荒軠?zhǔn)確判斷探針可測(cè)性的。而使用試驗(yàn)中的方法，只要對(duì)探測(cè)阻抗讀數(shù)超過(guò)10Ω的進(jìn)行簡(jiǎn)單比較，就可以將焊接材料的探針可測(cè)性表現(xiàn)情況排列出來(lái)。