銲錫裂痕、孔隙等不良的觀察、量測
近年封裝印刷電路板和電子零件朝小型化、高密度化發展，對焊錫的封裝品質要求也越來越高。除智慧型手機等裝置，在注重高水準、高安全性電子控制的汽車產業中，也極為重視焊錫不良的觀察、分析。
以下以代表性的焊錫不良「裂痕」「孔隙」的微觀觀察為主，介紹最新的4K數位顯微鏡的應用案例。
焊錫環境的變化
隨著快速普及，同時持續高功能化、小型化、薄型化的智慧型手機與平板電腦、穿戴式裝置等，內建封裝印刷電路板、電子零件的小型化、高密度化、多層化也越來越重要。
此外在汽車產業中，電子控制的自動煞車與無人駕駛技術等需求也日益提高，對於各種車用封裝印刷電路板、電子零件，也開始要求高耐久性、可靠性。
在導電與電子零件接合等重要作用的「焊錫」，特別注重提高耐久性、可靠性。此外，2000年代開始的焊錫無鉛化，對於材料脆化對策的接合技術要求也越來越高。
評估焊錫耐久性、可靠性時必要的試驗是可靠性評估試驗。一般評估焊錫時會使用溫度週期試驗。
引發故障原因的焊錫不良有許多種類。例如膏狀焊料、錫膏等自動塗布或印刷製程中，因凹狀部分有「潤濕性*」不足問題，可能發生和焊盤之間的接合強度降低與「孔隙」等不良。從各種焊錫不良的觀察、分析找出原因，是改善、提升品質不可或缺的過程。以下將說明代表性的焊錫不良及其風險、觀察的必要性。
潤濕性：用固體表面和滴落其上的液體（熔融狀態的焊錫等）的「接觸角θ（Contact Angle）」大小，來表示潤濕性。圖中A的角度（接觸角θ）越小，潤濕性越高，表示液體確實被塗布在固體表面的狀態。接觸角越大，表示呈固體表面撥開液體的狀態，潤濕性低。
焊錫不良和裂痕、孔隙觀察的重要性
引發產品故障原因的焊錫不良，有焊錫量過多導致相鄰連接部位短路的「錫橋」、「焊錫過多」、加熱過多造成「焊錫球（彈濺）」或「導通不良」、助焊劑蒸發或加熱不足造成「冷焊」等種類。
在封裝完成後難以檢測、特定不良的原因有「裂痕」和「孔隙」。這些不良的發生原因，除剛封裝完，還有封裝後隨時間經過與應力而產生，因此必須用顯微鏡進行觀察、不良分析。
- 「裂痕」的原因和風險
- 裂痕是焊錫接合後，因時間經過與應力、疲勞等發生。封裝初期階段的細微裂痕加劇後，會導致接合部位的阻力值升高，發生焦耳熱。隨著裂痕進行，接合部分就會開口引發故障。特別是無鉛焊錫，一旦發生裂痕，容易加快裂痕加劇的趨勢。裂痕加劇後有發熱、失火的危險，從品質保證的觀點來看，對於焊錫裂痕必須十分小心並採取對策。
- 「孔隙」的原因和風險
- 在焊錫材料的粒子間有間隙狀態下進行焊錫印刷稱作"回流焊"，與零件封裝時發生的氣體、凹陷部分的膏狀焊料與錫膏潤濕性不足等，都可能導致焊錫出現孔隙。孔隙則會降低焊錫強度。而局部的強度降低，可能導致裂痕發生，因此查明孔隙發生的原因和採取相應對策極為重要。
用數位顯微鏡正確觀察、分析、評估各種試驗與市場產品故障常見的裂痕與孔隙，對品質保證與故障原因釐清、製程與材料、品質改善來說非常重要。
焊錫裂痕與孔隙觀察、分析的應用案例
封裝後的焊錫為立體形狀，用以往的顯微鏡進行高倍率觀察時，會因景深不足，只能部分對焦，導致每個觀察部位都必須重新調整焦距。
此外樣本未經充分研磨時，也會因為表面的凹凸而無法對整體對焦。還有因材料光澤導致反射，錯失不良部位，或因放大倍率的解析度不足無法觀察到細微裂痕等課題。
KEYENCE的高精細4K數位顯微鏡「VHX系列」，透過大景深和高解析度的光學系統和4K CMOS、高功能照明與高水準的影像處理等獨創系統，解決以往課題。簡單操作，快速實現更高水準的焊錫觀察、不良分析、評估，大幅提升作業效率。
在此介紹利用「VHX系列」的焊錫不良觀察、分析應用案例。
封裝印刷電路板的焊錫裂痕傾斜觀察
4K數位顯微鏡「VHX系列」的「全角度觀察系統」，可對封裝印刷電路板立體焊錫圓角進行傾斜觀察。
此外透過「消除光暈」「去除環狀」功能，還能不受焊錫特有的光反射影響，清晰觀察焊錫裂痕。
「VHX系列」實現了優於一般顯微鏡20倍的大景深。再加上「即時景深合成」功能，高倍率也能輕鬆取得對立體目標物整體全幅對焦的清晰4K影像。
左：景深合成、消除光暈、去除環狀 ／ 右：一般
電子零件截面的焊錫裂痕觀察
封裝初期即使是微小的焊錫裂痕，也會隨著時間經過越來越嚴重，成為故障或發熱、失火的原因。所以因倍率、解析度不足而錯過的細微裂痕，都是待解決的重大課題。
4K數位顯微鏡「VHX系列」配備高解析度HR鏡頭與電動旋轉器，實現不用更換鏡頭即可自動切換，在20-6000倍之間放大的「無縫縮放」。即使是不良部分的高倍率觀察，透過畫面分割功能排列顯示低倍率影像，隨時掌握放大部位進行觀察。
此外透過大景深和「即時景深合成」，即使樹脂鑲埋的截面樣本因研磨不足導致表面呈凹凸狀時，都能用清晰的影像觀察次微米級的細微焊錫裂痕。
截面樣本的焊錫孔隙觀察
4K數位顯微鏡「VHX系列」在觀察樹脂鑲埋的BGA截面時，也能透過「即時景深合成」，不受研磨不足的凹凸影響，取得對整體全幅對焦的清晰放大影像。實現連細微的孔隙都不錯失。
印刷電路板截面的定量分析
4K數位顯微鏡「VHX系列」利用高解析度的放大影像，進行高精度的自動面積計算、計數。除了可定量分析外，還能使用拍攝的影像和數值資料自動編製報告，只要1台即可大幅提升作業效率。
焊錫圓角外觀的接合強度評估
以往焊錫表面會因為光澤反射，難以找出照明條件，導致人為誤差，或錯失不良部位。
4K數位顯微鏡「VHX系列」僅需一鍵操作，即可自動取得全方向照明的拍攝資料的「多重照明功能」，操作者只需要選出最適合的影像，即可進行觀察、評估，大幅縮短以往找出照明條件時所花的時間。此外即使在選擇多重照明影像後，也會自動儲存不同照明條件的影像資料，透過簡單的滑鼠操作，即可調閱不同照明條件的影像。
再加上使用「消除光暈」「去除環狀」功能，可抑制焊錫獨有的光反射，可用清晰的影像觀察焊錫接合部分的外觀。熔融狀態的焊錫潤濕性過低時，焊錫無法充分潤濕焊盤表面導致「不潤濕」，從而發生的焊錫圓角接合強度降低，也能清晰觀察不錯過。
1台設備匯集焊錫品質保證的必要功能
高精細4K數位顯微鏡「VHX系列」還配備許多功能如2D、3D量測等，只要1台即可支援發生在多樣化封裝中的各種焊錫不良的觀察、分析、量測、評估。透過簡單操作即可快速取得清晰的4K影像與量測值，可大幅提升以往的作業效率。
有關「VHX系列」的詳細說明，請下載型錄，或洽詢KEYENCE。
