相同的四种方法用于“查看”焊点和电路板的内部，但它们回答了不同的问题。选择错误的方法往往会带来正确的结果，但并不能解决眼前的问题。
本文针对每种类型的问题，对 X 射线、AOI 和超声波扫描的切片进行了比较，展示了何时需要销毁样品，以及选择方法时的四个常见错误。
1. 四种方法，四种不同的“看”方式。
| 方法 | 它是如何运作的 | 样品破坏？ | 最强烈的问题 |
|---|---|---|---|
| AOI（自动光学检查） | 相机和表面比较算法 | 否 | 缺少元件、未对准、锡桥、方向错误 |
| X 射线 | 光线穿透材料，根据密度创建图像 | 否 | BGA 下空洞、少锡、隐藏焊点 |
| 超声波扫描（SAM） | 声波在材料界面处反射 | 否 | 层分离，料块内有气泡 |
| 切片 | 切割、成型、打磨、抛光，然后检查切割表面 | 是的 | 厚度、润湿深度、金属间化合物层、结构 |
前三种方法的共同点是：它们观察间接迹象，并且不能在微观尺度上给出可靠的尺寸数字。切片则相反 — 它显示了精确的剖切平面，但在该平面上给出了直接的定量信息。
2. 根据问题选择方法表
| 问题需要回答 | 适用方法 | 注释 |
|---|---|---|
| 焊点是否少锡？ | X 射线（筛选）、切片（确认） | X 射线显示怀疑，切片得出结论 |
| 孔内镀层厚度是否满意？ | 切片 | 只能在切片上测量 |
| 电路板是否分离？ | 超声波扫描、切片 | 超声波可以扫描整个板和切片以确认位置 |
| 组件的位置和方向是否正确？ | 兴趣区 | 目视检查就足够了 |
| BGA 焊点中的空洞占多少百分比？ | X 射线（面积测量）、切片（平面检查） | 两种不同视角的两种方法 |
| 金属间化合物层有多厚？ | 切片（如果需要，可进行高级分析） | 没有替代的非破坏性方法 |
| 错误是存在于内部还是仅存在于表面？ | 先结合 AOI + X 射线，然后结合切片 | 此顺序有助于在切割前进行分区 |
3. 什么时候必须销毁样品？
有四组情况不能替代非破坏性方法：
- 需要厚度数：电镀层、涂层、金属间化合物层、介电层。没有一种非破坏性方法可以在微观尺度上以相当的精度测量这些层。
- 需要确认链接状态：焊点已形成金属结合或仅形成机械接触。这是 X 射线无法区分的差异。
- 需要法律结论或质量争议：当需要向第三方解释时，带有刻度的切片图像是定量证据，比 X 射线图像更有力。
- 需要分析根本原因：当涉及到回答“为什么”时，而不仅仅是“是或否”。
相反，切片有三件事不应该做：100%检查产品、快速筛选整个批次、在常规检查中替代 AOI 或 X 射线。
4. 选择方法时的四个错误
| 错误 | 后果 | 如何避免 |
|---|---|---|
| 使用 X 射线得出电镀厚度的结论 | 错误的结论，因为 X 射线仅给出密度对比 | 先提出测量问题，然后选择方法 |
| X 射线筛查前切割样品 | 浪费样品和成本，可能切割在错误的地方 | 先无损筛选，后定位 |
| 从切片得出“没有错误”的结论 | 忽略切割平面外的缺陷 | 当风险高时指定限制并增加样本数量 |
| 对不合适的样品使用超声波 | 产生的噪音是由几何形状或材料引起的 | 提交样品前检查适用性 |
5. 合理顺序：先筛选，后销毁
- 目视检查和 AOI：消除明显的表面缺陷，不浪费样品。
- X 射线：定位问题 — 什么位置、什么类型的焊点、什么水平。
- 超声波扫描（如果涉及层流分离）：确定材料质量中的缺陷范围。
- 正确位置处的切片：得到数字和最终结论。
- 如果需要高级分析：分析金属间化合物层的成分和结构。
这个顺序可以帮助每个被破坏的样本回答正确的问题，而不是广泛切割然后发现它在错误的地方。
6. 常见问题
X 射线可以代替切片吗？
不，在关于尺寸和金属粘合的问题组中。 X 射线检测和定位能力强；切片对于结构的测量和得出结论的作用很强。
超声波扫描可以代替切片吗？
不完全是。超声波扫描可以检查整个板材并检测良好的层分离，但不能测量涂层厚度或评估金属间化合物层形态。
为什么不为所有人使用 3D CT？
3D CT 提供三维且无损的图像，但成本和时间要高得多，而且分辨率对于金属间化合物层来说并不总是足够的。对于有关厚度的问题，切片仍然是更实际的选择。
是否可以在一份报告中结合两种方法？
在重要情况下应执行此操作：X 射线图像可显示缺陷位置，该确切位置的切片图像可显示内部结构。
哪种方法最快？
生产中最快的 AOI； X 射线比切片快，但比 AOI 慢。切片总是最慢的，因为它必须经过样品制备。
七、结论
切片、X 射线、AOI 和超声波扫描并不竞争，但共享问题市场。 AOI 指示表面是否正确。 X 射线可显示是否存在内部缺陷。超声波显示材料是否分层。剖面图显示内部结构是否精确到微米。
要做三件事：在选择方法之前写下需要回答的问题；切割样品前始终进行无损筛选；并在报告中明确说明使用哪种方法得出哪个结论。
参考资料
- IPC-TM-650 方法 2.1.1 — 显微切片。
- IPC-A-600 和 IPC-6012 — 印刷电路板技术要求和验收标准。
- IPC-7095 — BGA 设计和组装，无效审查。
- IPC-A-610 和 J-STD-001 — 焊接验收标准。
- 材料和电子连接的扫描超声波测试标准。
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