放射線

紹介

電子機器がますます小型化し、部品がますますコンパクトになるにつれて、従来の検査技術ではすべての欠陥を捉えられなくなりました。その時に役立つのがX線検査で、PCBアセンブリ（PCBA）の見えない部分を非破壊的に確認できる方法です。

要するに、X線検査は基板を「透過して見る」ことを可能にします。これは、ハンダジョイント下の空洞、位置ずれした部品、内部の亀裂、さらには肉眼や光学検査システムでは見えない小さなハンダブリッジまで明らかにします。

この種の検査は、特にボールグリッドアレイ（BGA）やクワッドフラットノーリード（QFN）といった高度なパッケージにおいて重要です。これらの重要な接続はパッケージの下に隠されています。もしこれらのジョイントが故障すると、基板全体の機能が危険にさらされます。そのため、X線検査はさまざまな産業における高信頼性のPCB生産において不可欠なツールとなっています。

PCB製造におけるX線検査とは？

X線検査は、低線量の放射線を使用してPCBの内部構造の画像を取得する非破壊試験方法です。光学ツールが表面のみをスキャンするのに対し、X線装置は技術者や自動化システムに部品の下や基板の層内を見せる能力を与えます。

X線検査の主な機能：

- 内部欠陥の検出（例：ひび割れ、空孔）
- 隠れたジョイントの正しい配置を確認
- パッケージ下のハンダの健全性を評価
- 材料密度を測定して潜在的な問題を特定

X線を基板に通し、高コントラストの画像をキャプチャすることで、ハンダのような密度の高い材料は暗く、ガラス繊維のような密度の低い材料は明るく表示されます。このコントラストにより、通常では検出されない微小な不備が明らかになります。

現代の電子機器においてX線テストが重要な理由

技術が小型化に向かうにつれて、ますます増える重要なハンダジョイントがコンポーネントパッケージの下に隠れるようになっています。従来の方法ではこれらの領域を効果的に検査することはできません。

X線が重要な理由:

- 小型化の進展: ボードが密集して詰め込まれており、表面だけのチェックでは不十分です。
- 非表示ジョイント (BGA, QFN): これらの部品はリードが見えないため、視覚検査が不可能です。
- 高信頼性の要求: 航空宇宙、自動車、医療機器は欠陥のない接続を必要とします。
- 多層基板: 内部のビアや埋め込み部品を見るにはX線しかありません。

X線検査なしでは、製造業者は最終製品の性能や寿命を損なう隠れた弱点を見逃すリスクがあります。

X線で検出される一般的な欠陥

X線は他の方法では見逃されがちな問題を発見するのに優れています、その内容は以下の通りです:

- 焼結孔: 接合部の空洞で、熱性能や電気性能に影響を与えます。
- 不完全焼結ジョイント: 完全に接着されていない不良接合で、接続が弱くなります。
- ヘッドインピロー: BGAはんだ付け時に、ボールとペーストが完全に融合しないため発生します。
- はんだブリッジ: 不意の接続でショートの原因となることがあります。
- ミスアライメント: BGAやチップなどの部品の微妙なずれ。
- オープンまたは断線したビア: 外からは見えない内部の断線。

X線が他の検査方法をどのように補完するか

自動光学検査（AOI）は、立ち上がり部品や欠損部品などの表面レベルのチェックには優れていますが、チップの下を見ることはできません。X線がこのギャップを埋めます：

- AOI: 見える上部の欠陥に対して迅速かつ効果的。
- X線: ゆっくりで詳細に、隠れたジョイントには不可欠。
- ICT（回路内テスト）: 電気的な機能を確認します。
- 機能テスト: 実際の使用シナリオをシミュレートします。

これらの検査は一緒に働き、複数の防御層を形成し、製品の信頼性を大幅に向上させるとともに、現場での故障を減少させます。

X線技術の種類 (2D, 2.5D, 3D)

PCBアセンブリでは、異なるX線ツールが異なるレベルの詳細と検査深度を提供します：

• 2D X線イメージング：
– 平面的な高コントラスト画像を生成します。
– 大きな空洞、橋接、またはずれの検出に最適です。
– コスト効果がありますが、奥行き感はありません。

• 2.5D斜め角度視点：
– 角度から画像をキャプチャし、BGAsの下にあるリード接続を明らかにします。
– 標準の2Dよりも詳細で、フル3Dよりも速いです。

• 3D CT (Computed Tomography):
– 複数の2Dスライスを重ねることで基板を3Dで再構築します。
– マルチレイヤー基板や高度な故障分析に最適です。
– より遅く、コストがかかるため、主にプロトタイプや重要な故障調査に使用されます。

PCBAにおけるX線検査の仕組み

X線は材料密度に基づいて異なる吸収率でPCBを透過します。ハンダや銅は暗く、ガラス繊維やプラスチックは明るく表示されます。このコントラストにより、空孔や亀裂などの異常を特定できます。

PCBの下にあるデジタル検出器が画像をキャプチャし、その後専用ソフトウェアによって処理されます。オペレーターまたは自動アルゴリズムが次の方法で画像を分析します。

- 拡大表示
- 断面スライス
- ゴールデンサンプルとの比較
- 自動欠陥分類

この簡略化されたワークフローにより、エンジニアは基板を迅速に評価でき、供給チェーンに入る不良品を最小限に抑えることができます。

X線で識別される一般的な欠陥

実際の使用では、X線が以下を発見するのに役立ちます：

• 隠れたはんだ接合の欠陥（例：BGA、QFN、LGA）
– 冷接合、不十分な再流、ボールの欠落。
• 空洞とブリッジ
– 機械的強度を低下させる空洞や熱放散問題を引き起こすもの。
– ショートサーキットや製品故障を引き起こすブリッジ。
• 誤位置付けおよび欠品部品
– 部品がターゲットから外れたり、完全に省略されたりするのを検出します。
• 内部トレースおよびビアの断線
– 最終テスト前に多層PCBのビアや内部層のひび割れを特定します。

PCBアセンブリにおけるX線の利点

X線検査はいくつかの強力な利点を提供します：

1. 破壊的な検査ではない
– 検査後も基板は完全に機能し、必要に応じて100%チェックが可能です。
2. 完全な内部可視化
– 密度の高いマルチレイヤー基板や隠れたコンポーネントパッケージを透明にして品質評価を行います。
3. 早期の故障検出
– 製造プロセスの初期段階で欠陥を発見することで、高価な再作業や保証請求を減らします。
4. 強化された信頼性とコンプライアンス
– 航空宇宙、自動車、医療機器向けの厳しい業界基準を満たし、一貫した品質を確保します。

限界と課題

その利点にもかかわらず、X線検査には特定の欠点があります：

• 設備コスト
– 高解像度システムは購入、運営、維持に費用がかかります。
• 操作者の専門知識
– 熟練した技術者が機械の調整と結果の正確な解釈が必要です。
• 低スループット
– EVEN 自動X線検査でもAOIやICTよりも遅くなることがあるため、大量生産ラインではボトルネックが発生する可能性がある。

実施するための最良の実践

X線検査の影響を最大化するために：

• 適切なシステムを選択：
– 簡単なチェックには2Dまたは2.5D、複雑な分析には3Dを使用。
• 操作者のトレーニングまたは自動化：
– 標準化されたプロセスまたは自動欠陥検出ソフトウェアにより、一貫した解釈を確保する。
• MESおよびSPCシステムとの統合：
– 継続的な改善のためにリアルタイムの欠陥データを収集する。
• パイロットスタディを検討：
– 一部のメーカーは、X線を使用することでBGAの欠陥率を最大40%削減できるケーススタディを実施しており、フルスケール導入前のROI（投資収益率）を検証しています。

結論

電子部品のパッケージ技術が進化するにつれて、品質保証もそれに追従する必要があります。X線検査は、隠れたハンダの空洞、ブリッジ、内部層の損傷を特定するために不可欠であり、これらの問題は航空宇宙、自動車、医療などの分野でデバイスの性能や安全性に影響を与える可能性があります。

X線システムには慎重な投資と専門知識が必要ですが、その見返りとしてより高品質な製品、低い故障率、満足した顧客を得ることができます。検査戦略を強化したい場合、競争力を維持し、信頼性の高い最先端の電子機器を提供するために、X線能力の追加または拡張を考慮してください。

コールトゥアクション:

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よくある質問

1. PCBアセンブリにおけるX線検査の主な目的は何ですか？
– それはハンダの空洞、橋、内部断裂などの隠れた欠陥を検出します。これは接続がしばしば隠されているBGA、QFN、およびマルチレイヤーボードにとって重要です。
2. X線検査はPCB検査におけるAOIとどう異なりますか？
– AOIはカメラと光を使用して表面レベルの欠陥をチェックしますが、X線は「ボードを通して見る」ことができ、部品の下やビアの中を検査します。
3. X線検査は電子部品にとって安全ですか？
– はい。低線量の放射線は部品に害を及ぼさず、ボードを損傷することなく100％インラインまたはオフライン検査が可能です。
4. X線検査はマルチレイヤーPCBの問題を見つけることができますか？
– 絶対に可能です。X線は光学的方法では見えないビアクレックやデラミネーションなどの内部故障を明らかにします。
5. 全てのPCBにX線検査が必要ですか？
– 必ずしも必要ではありません。最も密な基板で隠れたジョイントがある場合や、高い信頼性が必要な製品の場合に有利です。よりシンプルな設計では、AOIやその他の方法のみに依存するかもしれません。