快速準確地測量焊點形狀的方法

閱讀：26 發布時間：2026-7-20

快速準確地測量焊點形狀的方法

汽車行業中通信電子控制部分正在不斷增加。隨著日常使用的智能手機、平板終端、智能手表等可穿戴設備等的小型化和高密度化，電子元件封裝質量保障和質量保證顯得日益重要，要求也更高。
下面將解說與印刷電路板封裝質量密切相關的“焊點"、封裝工序基礎知識、焊點形狀不良和封裝不良及其應對措施、焊點形狀測量和評估的課題與解決方法。

■何謂焊點

印刷電路板封裝的“焊點（英語：solder fillet）"是指印刷電路板上封裝部件的焊錫（焊料）堆高的部分。可根據焊點形狀等評估焊接質量。

?良好焊點形狀

一般情況下，會確認和評估在與焊盤的接合部分熔融并固化的焊錫形狀（焊點）。其形狀是如同富士山一般具有平滑、凹狀的曲線，并于山腳處擴展開。接觸角θ越小（潤濕性高），狀態越好，之后會結合圖示進行說明。
另一方面，當加熱不足或焊錫量過多時，就會固化成水滴般的鼓起形狀。這稱為“球狀焊錫缺陷"，會降低接合強度，導致連接不良。

?何謂接觸角θ和潤濕性

潤濕性可用固體表面與滴落在其上的液體（熔化狀態的焊錫等）之間的“接觸角θ（Contact Angle）"大小來表示。圖中的角度A（接觸角θ）越小，潤濕性越高，代表液體與固體表面之間的涂布結合性越好。接觸角越大，固體表面與液體的結合性越差，潤濕性也更低。

■表面貼裝（SMT）的工序、焊點形狀、封裝不良與應對措施

下面將解說表面貼裝（SMT：Surface Mount Technology）的一般工序、表面貼裝中的焊錫量、焊點形狀、封裝不良。

?表面貼裝（SMT）工序示例

此處將依次解說FA（工廠自動化）中表面貼裝（SMT）的一般工序。

·焊錫漿（焊錫膏）印刷工序

使用高精細的金屬掩膜（制版、絲網掩膜）和刮刀，將焊錫漿（焊錫膏）在印刷電路板上實施絲網印刷，由此僅在必要位置涂布焊錫漿。在試制或少量生產中，有時也會采用不需要制版的噴墨式打印機。

·芯片粘結劑工序

該工序涂布粘結劑，將芯片部件固定至印刷電路板。主要目的是在回流焊工序中，在封裝部件等時候，“固定部件，使其不會脫落"。此外，通過使用導電性粘合劑，可同時實現部件固定和導電。

·芯片封裝工序

將卷取成卷帶狀的封裝部件的盒子安裝至封裝裝置（貼片機）。對于提供的印刷電路板，貼片機按照程序，將封裝部件自動配置到印刷電路板上的目標位置。

·回流焊工序

涂布焊錫漿或芯片粘結劑，然后將載有封裝部件的印刷電路板搬運至回流爐內并加熱。通過加熱使焊錫漿熔化，浸潤到封裝部件和印刷電路板的焊盤內，在冷卻時固化，完成焊接。同時，用熱量使芯片粘結劑固化，固定部件。

焊錫熔融的溫度和芯片粘結劑的固化溫度各有不同，因此必須在工序內調整加熱溫度和冷卻速度。此外，還需要小心在回流焊工序中，印刷電路板因熱量而發生翹曲。

?焊點形狀、封裝不良與應對措施

焊點的焊錫必須適量，呈能夠覆蓋部件端子電極和焊盤的形狀。
例如，在封裝常用的積層芯片電容器時，若焊錫適量，焊點則會在左右端子電極上呈現出八字型的斜面。但是，焊錫量過多時，會變成前言中說明的“球狀焊錫缺陷"狀態，而焊錫量不足時，無法獲得形狀完整、體積充分的焊點。在這兩種情況下，都會造成緊固力降低，從而導致封裝不良和連接不良。

此外，在回流焊工序中，熔融的焊錫會使端子電極受到表面張力。此時，若兩個端子焊錫量有差異，或加熱溫度有偏差，兩個端子上的表面張力會產生差異，出現芯片立起的現象。這種現象可比作高層大廈，稱為“曼哈頓現象"，或比作墓碑，稱為“立碑現象"。

在不良應對措施中，除焊錫量和質量以外，還需要研討回流爐預熱和升溫曲線合理化等工序條件。
在前階段中設計印刷電路板時，也需要考慮容易形成正常焊點的焊盤形狀、熱量應對措施等。有時也會通過改善焊錫漿（焊錫膏）印刷時的金屬掩膜，提升焊接精度。

■焊點形狀測量的課題

在測量和評估焊點時，存在以下測量課題。

?使用形狀輪廓測量儀測量焊點形狀的課題

形狀輪廓測量儀是使用被稱為探針的觸針，沿目標物表面移動，對其輪廓形狀進行測量、記錄的裝置。
測量時需要實施水平調整，因此目標物的放置方法、使用夾具的定位、測量針的下落方式等事先設定和測量的難度很高，需耗費大量時間和精力。
因為是以“線"為單位測量擁有三維形狀的焊點，所以無法掌握整體形狀，而且往往難以測量高密度的小型封裝印刷電路板。

■焊點形狀測量的課題解決方法

前面用二維圖像說明了焊點形狀，但是現實中焊點擁有三維形狀。插入封裝和表面貼裝中，焊點有各種形狀不良。
因此，在焊點形狀測量和外觀檢測時，通過高精度地測量面積、高度、體積、傾斜等三維形狀，可準確地評估焊點。然而，接觸式的測量方法采用以線為單位進行測量等方法，難以準確掌握焊點形狀。

為解決這些測量課題，基恩士開發了3D輪廓測量儀“VR系列"。以非接觸的方式，以面為單位來準確捕捉目標物的3D形狀。

無需對目標物實施嚴格定位，放置在載物臺上，最快1秒即可完成3D掃描。可高精度地測量三維形狀和二維截面形狀。因此，測量結果不會產生偏差，可快速、簡單、定量地實施測量和評估。下面具體介紹這些優點。

?優點1：最快1秒內完成非接觸式測量。以面為單位測量整體的3D形狀

圓角規用線進行形狀擬合，形狀輪廓測量儀在用針接觸焊點表面的同時以線為單位測量，兩者均難以準確測量焊點的整體形狀。

而使用“VR系列"，能夠以非接觸方式以面為單位快速掃描目標物的3D形狀，并在最快1秒內完成測量。
可切換低倍率/高倍率，不僅可測量封裝印刷電路板整體，還能高精度地測量特定部件的微小焊點形狀。
利用彩色圖顯示高度，可使焊點和電子部件的形狀可視化，幫助測量人員迅速了解異常位置及其詳細值。

此外，經過一次3D掃描的數據被保存下來，日后可根據數據測量各直線下的截面輪廓。通過簡單易懂的數據共享詳細形狀，可順利查明不良原因、采取防止再次發生不良的措施、實施比較和趨勢分析等。

使用VR系列測量焊點3D形狀和輪廓

?優點2：無需事先設定和定位，簡單快速地測量焊點形狀

“VR系列"可立即開始測量，無需用夾具固定目標物，無需嚴格定位，免去了使用測量儀時困難的事先設定和操作。

將目標物放置到載物臺上，通過只需按下按鈕的簡單操作，即可測量3D形狀。根據目標物的特征數據自動完成位置補正，因此無需嚴格的定位。無需經驗和知識即可定量測量，難以產生人為偏差，因此可增加測量數。
此外，還配備了“Smart Measurement功能"，設定時能自動設定測量范圍和移動載物臺，免去了設定測量長度和Z范圍等麻煩。