엑스레이

소개

전자기기가 지속적으로 축소되고 구성 요소가 점점 더 소형화됨에 따라 전통적인 검사 기술은 모든 결함을 발견하기 어려워졌습니다. 이때 X-Ray 검사가 등장하여 PCB 조립체(PCBA)의 숨겨진 부분을 비파괴적으로 확인할 수 있게 해줍니다.

본질적으로, X-Ray 검사는 보드를 '뚫어볼' 수 있게 해줍니다.它是는 납땜 연결부 아래의 공극, 오정렬된 부품, 내부 균열, 그리고 육안이나 광학 검사 시스템으로는 볼 수 없는 작은 납 다리까지 드러냅니다.

이러한 검사는 Ball Grid Arrays(BGAs)와 Quad Flat No-lead(QFN)과 같은 고급 패키지에서 특히 중요합니다. 여기서 중요한 연결부는 패키지 아래에 묻혀 있습니다. 이러한 연결부가 실패하면 전체 보드의 기능이 위험에 처할 수 있습니다. 이러한 이유로 X-Ray는 다양한 산업에서 높은 신뢰성을 요구하는 PCB 생산에서 필수적인 도구가 되었습니다.

PCB 제조에서의 X-Ray 검사란 무엇인가요?

X-Ray 검사는 저선량 방사선을 사용하여 PCB의 내부 구조를 촬영하는 비파괴적 테스트 방법입니다. 표면만 스캔하는 광학 도구와 달리, X-Ray 장비는 기술자와 자동화된 시스템이 부품 아래와 회로기판의 여러 층 안을 들여다볼 수 있게 해줍니다.

X-Ray 검사의 주요 기능:

- 내부 결함 탐지 (예: 균열, 공극)
- 숨겨진 접합부의 올바른 배치 확인
- 패키지 아래 납땜의 신뢰성 평가
- 잠재적인 문제를 위해 물질 밀도 측정

회로기판을 통해 X-Rays를 통과시키고 고대비 이미지를 캡처하면, 납과 같은 밀도가 높은 재료는 더 어두워 보이고 유리 섬유와 같은 덜 밀도 있는 재료는 더 밝게 나타납니다. 이 대비는 일반적으로 감지되지 않을 수 있는 미세한 결함들을 드러냅니다.

왜 현대 전자기기에 X-Ray 테스트가 중요한가요?

기술이 소형화로 발전하면서 점점 더 많은 중요한 납땜 연결부가 구성 요소 패키지 아래에 숨겨지고 있습니다. 전통적인 방법들은 이러한 영역을 효과적으로 검사할 수 없습니다.

X-Ray가 필수적인 이유:

- 미니어처화 증가: 보드가 밀집하여 표면만 확인하는 것은 충분하지 않다.
- 숨겨진 접합부 (BGA, QFN): 이 구성요소들은 리드를 노출시키지 않으므로 시각 검사는 불가능하다.
- 고신뢰성 요구사항: 항공우주, 자동차 및 의료 기기에서 결함 없는 연결이 필요하다.
- 다층 보드: 내부 비아나 내장된 구성요소를 확인할 수 있는 것은 X-Ray뿐이다.

X-Ray 검사를 하지 않으면 제조업체는 최종 제품의 성능과 수명을 저하시킬 수 있는 숨겨진 약점을 놓칠 위험이 있다.

X-Ray로 감지되는 일반적인 결함들

X-Ray는 다른 방법으로 종종 놓치는 문제를 발견하는 데 뛰어나다, 포함되며:

- 솔더 공극: 솔더 접합부의 공기 포켓으로 열적 및 전기적 성능에 영향을 준다.
- 부족한 솔더 접합부: 솔더가 완전히接着되지 않아 연결이 약해지는 현상.
- Head-in-Pillow: BGA 솔더링 시 공과 페이스트가 완전히 합쳐지지 않는 경우 발생합니다.
- 솔더 브릿지: 단락을 일으킬 수 있는 의도하지 않은 연결입니다.
- 불일치: BGA나 칩과 같은 구성 요소의 미세한 이동.
- 열린 또는 부러진 비아: 보이지 않게 내부에서 끊어진 부분입니다.

다른 검사 방법을 보완하는 X-Ray의 역할

자동 광학 검사(AOI)는 무덤형 패시브나 누락된 구성 요소와 같은 표면 수준의 점검에는 우수하지만 칩 아래를 볼 수 없습니다. X-Ray는 이러한 간극을 메우는 역할을 합니다:

- AOI: 눈에 보이는 상단 결함에 대해 빠르고 효과적입니다.
- X-Ray: 느리지만 더 세밀하며, 숨겨진 접합부에 필수적입니다.
- ICT (인-서킷 테스트): 전기적 기능을 확인합니다.
- 기능 테스트: 실제 사용 시나리오를 시뮬레이션합니다.

이러한 검사들은 함께 작동하여 다층 방어 시스템을 형성하며, 제품 신뢰성을 크게 향상시키고 현장 고장을 줄입니다.

X-Ray 기술의 종류 (2D, 2.5D, 3D)

PCB 조립에서 다양한 X선 도구들은 세부 사항과 검사 깊이를 달리 제공합니다:

• 2D X선 영상:
– 평평하고 대비가 높은 이미지를 생성합니다.
– 주요 공극, 다리, 또는 불일치를 감지하기에 적합합니다.
– 비용 효율적이지만 깊이 인식이 부족합니다.

• 2.5D 사선 각도 뷰:
– 각도로 이미지를 캡처하여 BGAs 아래의 리드 연결을 드러냅니다.
– 표준 2D보다 더 상세하지만 전체 3D보다는 여전히 빠릅니다.

• 3D CT (Computed Tomography):
– 여러 개의 2D 단면을 층으로 구성하여 보드를 3D로 재구성합니다.
– 다층 보드 및 고급 결함 분석에 적합합니다.
– 느리고 비용이 많이 들며, 주로 프로토타입이나 중요한 실패 조사에 사용됩니다.

PCBA에서 X선 검사 작동 방식

X-Rays는 물질 밀도에 따라 PCB를 다르게 흡수합니다. 솔더와 구리는 더 어두워 보이고, 유리 섬유나 플라스틱은 더 밝아 보입니다. 이 대비는 공극이나 균열과 같은 이상을 식별하는 데 도움을 줍니다.

PCB 아래의 디지털 탐지기가 이미지를 포착하고, 이를 전문 소프트웨어로 처리합니다. 운영자 또는 자동화된 알고리즘이 다음 방법으로 이미지를 분석합니다:

- 확대 보기
- 단면 슬라이싱
- 골든 샘플과의 비교
- 자동 결함 분류

이 간소화된 워크플로는 엔지니어들이 보드를 신속하게 평가할 수 있도록 지원하며, 공급망에 불량 제품이 들어가는 것을 최소화합니다.

X선을 통해 식별된 일반적인 결함

실제로 X-Ray는 다음을 발견하는 데 도움을 줍니다:

• 숨겨진 솔더 조인트 결함 (예: BGA, QFN, LGA)
– 차가운 조인트, 충분하지 않은 리플로우, 구슬 부족.
• 공극 및 다리 현상
– 기계적 강도를 감소시키거나 열 방산 문제를 일으키는 공극.
– 단락으로 인한 전기적 고장 및 제품 실패.
• 위치 오차 및 누락된 구성 요소
– 부품이 타겟에서 벗어나거나 아예 누락되는지 감지합니다.
• 내부 트레이스 및 비아 단절
– 최종 테스트 전 다층 PCB의 비아 또는 내부 층에 있는 균열을 정확히 찾아냅니다.

PCB 조립에서 X선의 장점

X선 검사는 여러 가지 중요한 이점을 제공합니다:

1. 비파괴적 검사
– 보드는 검사 후 완전히 기능적으로 유지되며, 필요 시 100% 검사를 수행할 수 있습니다.
2. 철저한 내부 가시성
– 밀도가 높은 다층 보드와 숨겨진 구성 요소 패키지를 투명하게 만들어 품질 평가를 가능하게 합니다.
3. 초기 결함 발견
– 제조 과정의 초기 단계에서 결함을 발견하여 비용이 많이 드는 재작업과 보증 청구를 줄입니다.
4. 향상된 신뢰성 및 준수
– 항공우주, 자동차, 의료기기 산업의 엄격한 표준을 충족하며 일관된 품질을 보장합니다.

제한 사항 및 과제

그러나 장점에도 불구하고 X선 검사에는 특정 단점이 있습니다:

• 장비 비용
– 고해상도 시스템은 구입, 운영, 유지보수에 많은 비용이 들 수 있습니다.
• 운영자 전문성
– 숙련된 기술자가 기계를 교정하고 결과를 정확하게 해석해야 합니다.
• 제한된 처리량
– 심지어 자동화된 X-Ray도 AOI 또는 ICT보다 느릴 수 있어 고부피 라인에서 병목 현상을 초래할 가능성이 있습니다.

구현을 위한 모범 사례

X-Ray 검사의 영향을 극대화하기 위해:

• 적절한 시스템 선택:
– 빠른 확인에는 2D 또는 2.5D, 복잡한 분석에는 3D 사용.
• 운영자 교육 또는 자동화:
– 표준화된 절차나 자동 결함 탐지 소프트웨어를 통해 일관된 해석을 보장하십시오.
• MES 및 SPC 시스템과 통합:
– 지속적인 개선을 위한 실시간 결함 데이터 수집.
• 파일럿 연구 고려:
– 일부 제조업체는 X-Ray가 BGA의 불량률을 최대 40% 줄이는 사례 연구를 수행하여 완전 도입 전 ROI를 검증합니다.

결론

전자 패키징 기술이 계속 발전함에 따라 품질 보증도 그에 맞춰야 합니다. X-Ray 검사는 장치 성능이나 안전성을 저하시킬 수 있는 숨겨진 브릿지나 내부 층 손상과 같은 문제를 식별하는 데 필수적입니다. 항공우주, 자동차, 의료 분야에서 특히 중요합니다.

X-Ray 시스템은 신중한 투자와 전문 지식이 필요하지만, 그 대가는 더 높은 품질의 제품, 낮은 고장율, 그리고 만족스러운 고객입니다. 검사 전략을 강화하려면 X-Ray 능력을 추가하거나 확장하는 것을 고려해 경쟁력을 유지하고 신뢰할 수 있는 최신 전자제품을 제공하세요.

행동 촉구:

X-Ray 검사 솔루션을 탐색하거나 이 기술을 생산 라인에 통합하는 방법에 대한 가이드가 필요하다면 당사 전문가에게 문의하거나 오늘날 선진 PCB 검사에 관한 심층 백서를 요청하세요.

자주 묻는 질문

1. PCB 조립에서 X-Ray 검사의 주요 목적은 무엇입니까?
– 납땜 공극, 다리, 내부 균열과 같은 숨겨진 결함을 감지합니다. 이는 연결이 종종 숨겨져 있는 BGA, QFN 및 다층 보드에 있어 매우 중요합니다.
2. X-Ray 검사는 PCB 검사에서 AOI와 어떻게 다릅니까?
– AOI는 카메라와 빛을 사용하여 표면 수준의 결함을 확인하는 반면, X-Ray는 보드를 통해 ‘뚫어보아’ 구성 요소 아래와 비아 내부를 검사합니다.
3. X-Ray 검사는 전자 부품에 안전합니까?
– 네. 저선량 방사선은 부품에 해를 끼치지 않으므로 보드를 손상시키지 않고 100% 온라인 또는 오프라인 검사를 수행할 수 있습니다.
4. X-Ray 검사는 다층 PCB에서 발생하는 문제를 찾을 수 있습니까?
– 확실히 그렇습니다. X-Ray는 광학 방법으로는 보이지 않는 비아 균열이나 박리와 같은 내부 결함을 드러냅니다.
5. 모든 PCB가 X-Ray 검사를 필요로 합니까?
– 반드시 그렇지는 않습니다. 이 기술은 주로 숨겨진 연결부가 있는 밀도 높은 보드나 높은 신뢰성이 요구되는 제품에 가장 유용합니다. 더 단순한 설계는 AOI 및 기타 방법만으로도 충분할 수 있습니다.