РЕНТГЕН

Введение

По мере того как электроника продолжает уменьшаться в размерах, а компоненты становятся всё более компактными, традиционные методы контроля больше не могут выявить каждую дефектность. Именно здесь на помощь приходит рентгеновский контроль, предоставляющий неразрушающий обзор скрытых аспектов сборки ПЛС (PCBA).

По сути, рентгеновский контроль позволяет вам "увидеть сквозь" плату. Он показывает пустоты под паяными соединениями, неправильно установленные компоненты, внутренние трещины и даже маленькие пайковые мостики, которые невидимы невооружённым глазом или оптическим системам контроля.

Этот вид контроля особенно важен для продвинутых упаковок, таких как Ball Grid Arrays (BGA) и Quad Flat No-lead (QFN) компоненты, где критические соединения находятся под корпусом. Если эти соединения выходят из строя, функциональность всей платы оказывается под угрозой. По этой причине рентген стал незаменимым инструментом в производстве высоконадёжных печатных плат в различных отраслях.

Что такое рентгеновский контроль в производстве ПЛИ?

Рентгеновский контроль — это метод неразрушающего тестирования, который использует низкодозное излучение для получения изображений внутренних элементов ПЛИ. В отличие от оптических инструментов, которые сканируют только поверхность, рентгеновские машины позволяют специалистам и автоматизированным системам заглядывать под компоненты и между слоями платы.

Основные функции рентгеновского контроля:

- Обнаружение внутренних дефектов (например, трещин, пустот)
- Подтверждение правильного расположения скрытых соединений
- Оценка целостности пайки под корпусами
- Измерение плотности материалов на предмет потенциальных проблем

Пропуская рентгеновские лучи через плату и получая контрастное изображение, более плотные материалы, такие как припой, выглядят темнее, в то время как менее плотные материалы, такие как стеклоткань, выглядят светлее. Этот контраст выявляет мельчайшие недостатки, которые иначе остались бы незамеченными.

Почему рентгеновское тестирование важно для современной электроники

По мере того как технологии движутся к миниатюризации, всё большее количество критически важных пайковых соединений скрывается под корпусами компонентов. Традиционные методы не могут эффективно проверять эти области.

Основные причины, почему рентгеновский контроль необходим:

- Увеличение миниатюризации: платы плотно упакованы, что делает проверку только снаружи недостаточной.
- Скрытые соединения (BGA, QFN): эти компоненты не показывают свои выводы, поэтому визуальный контроль невозможен.
- Требования высокой надежности: космическая, автомобильная промышленность и медицинское оборудование требуют безупречных соединений.
- Многослойные платы: только рентген может увидеть внутри внутренних падов или проверить встроенные компоненты.

Без рентгеновского контроля производители рискуют пропустить скрытые дефекты, которые могут повлиять на производительность и долговечность конечного продукта.

Общие дефекты, обнаруживаемые с помощью рентгена

Рентген отлично справляется с выявлением проблем, которые часто упускают другие методы, включая:

- Пустоты в припое: воздушные карманы в припоевых соединениях, влияющие на тепловую и электрическую производительность.
- Холодные припоевые соединения: плохое соединение, где припой не полностью припаялся, что приводит к ослабленным контактам.
- Голова-в-подушке: Происходит при пайке BGA, когда шарик и паста не сливаются полностью.
- Мостики пайки: Нежелательные соединения, которые могут вызвать короткое замыкание.
- Несоосность: Незаметные смещения компонентов, таких как BGA или чипы.
- Открытые или разорванные сквозные отверстия: Внутренние разрывы, которые в противном случае остаются невидимыми.

Как рентген дополняет другие методы контроля

Автоматизированный оптический контроль (AOI) отлично подходит для проверки поверхности — например, для выявления tombstoned пассивных элементов или отсутствующих компонентов — но он не может видеть под чипами. Рентген закрывает эту брешь:

- AOI: Быстрый и эффективный для видимых дефектов на верхней стороне.
- Рентген: Медленнее, более детальный, необходим для скрытых соединений.
- ICT (Тест в цепи): Подтверждает электрическую функциональность.
- Функциональное тестирование: Имитирует реальные условия использования.

Вместе эти проверки создают многослойную систему защиты, значительно повышая надежность продукции и снижая отказы в полевых условиях.

Типы рентгеновских технологий (2D, 2.5D, 3D)

При сборке ПЛИ разные рентгеновские инструменты предлагают различные уровни детализации и глубины контроля:

• Рентгеновское изображение 2D:
– Создает плоское изображение с высокой контрастностью.
– Идеально подходит для обнаружения крупных пустот, мостиков или неправильного положения.
– Экономичный вариант, но без учета глубины.

• Наклонное наблюдение 2.5D:
– Захватывает изображения под углом, показывая соединения выводов под BGA.
– Детальнее, чем стандартный 2D, но быстрее, чем полный 3D.

• 3D КТ (Компьютерная Томография):
– Воссоздает плату в 3D, накладывая множество 2D срезов.
– Идеально подходит для многослойных плат и продвинутого анализа неисправностей.
– Более медленный и дорогой,主要用于 прототипов или критических расследований неисправностей.

Как работает рентгеновский контроль в ПЛС

Рентген проникает через ПЛС с разными скоростями поглощения в зависимости от плотности материала. Припой и медь выглядят темнее, а стекловолокно или пластик — светлее. Этот контраст помогает выявлять аномалии, такие как пустоты или трещины.

Цифровые детекторы под ПЛС захватывают изображение, которое затем обрабатывается специализированным программным обеспечением. Операторы или автоматические алгоритмы анализируют изображение путем:

- Увеличенных видов
- Сечений по слоям
- Сравнения с эталонным образцом
- Автоматическая классификация дефектов

Этот упрощенный рабочий процесс позволяет инженерам быстро оценивать платы, минимизируя количество бракованных единиц, попадающих в цепочку поставок.

Общие дефекты, выявленные с помощью рентгена

На практике рентген помогает обнаружить:

• Скрытые дефекты пайки (например, BGA, QFN, LGA)
– Холодные соединения, недостаточная пропайка, отсутствие шариков.
• Поры и мостики
– Поры, снижающие механическую прочность или вызывающие проблемы с отведением тепла.
– Мостики, приводящие к короткому замыканию и поломкам продукции.
• Неправильно установленные и отсутствующие компоненты
– Обнаруживает, если детали попадают не в цель или вообще опускаются.
• Разрывы трассировки и контактных отверстий
– Выявляет трещины в контактных отверстиях или внутренних слоях многослойной ПЛС до финального тестирования.

Преимущества использования рентгена в сборке ПЛС

Рентгеновский контроль предлагает несколько существенных преимуществ:

1. Неразрушающий осмотр
– Платы остаются полностью функциональными после проверки, что позволяет проводить 100%-ные проверки при необходимости.
2. Полная внутренняя видимость
– Делает плотные многослойные платы и скрытые компонентные пакеты прозрачными для оценки качества.
3. Раннее обнаружение неисправностей
– Сокращает дорогостоящие переделки и претензии по гарантии, выявляя дефекты на ранних этапах производственного процесса.
4. Улучшенная надежность и соответствие стандартам
– Соответствует строгим отраслевым стандартам для авиакосмической, автомобильной промышленности и медицинских устройств, обеспечивая стабильное качество продукции.

Ограничения и трудности

Несмотря на свои преимущества, рентгеновский контроль имеет определенные недостатки:

• Стоимость оборудования
– Высокоразрешительные системы могут быть дорогими в приобретении, эксплуатации и обслуживании.
• Квалификация оператора
– Требуются квалифицированные техники для настройки машин и точной интерпретации результатов.
• Ограниченная производительность
– Даже автоматизированный рентген может быть медленнее, чем АОИ или ИКТ, потенциально создавая узкие места в линиях высокой производительности.

Лучшие практики для внедрения

Для максимального эффекта от рентгеновского контроля:

• Выберите подходящую систему:
– 2D или 2.5D для быстрых проверок, 3D для сложного анализа.
• Обучайте операторов или автоматизируйте:
– Обеспечьте последовательную интерпретацию с помощью стандартизованных практик или программного обеспечения для автоматического обнаружения дефектов.
• Интегрируйте с MES и SPC системами:
– Собирайте данные о дефектах в реальном времени для непрерывного улучшения.
• Рассмотрите пилотные исследования:
– Некоторые производители проводят исследования, показывающие, что использование рентгена снижает дефектность на 40% для BGA, подтверждая окупаемость инвестиций до полномасштабной реализации.

Заключение

По мере развития технологий упаковки электроники контроль качества должен соответствовать их уровню. Рентгеновский контроль незаменим для выявления скрытых пустот в пайке, мостиков и внутренних повреждений слоев — проблем, которые могут нарушить работу устройства или безопасность в таких областях, как авиация, автомобилестроение и медицина.

Несмотря на то, что рентгеновские системы требуют тщательных инвестиций и специальных знаний, результатом является продукция более высокого качества, меньшее количество отказов и довольные клиенты. Если вы хотите усилить свою стратегию контроля, рассмотрите возможность внедрения или расширения возможностей рентгеновского контроля для сохранения конкурентоспособности и выпуска надежной, передовой электроники.

Призыв к действию:

Готовы изучить решения для рентгеновского контроля или нуждаетесь в консультации по интеграции этой технологии в вашу производственную линию? Свяжитесь с нашими экспертами или запросите подробный белыйpaper по продвинутому контролю ПЛС сегодня.

Часто задаваемые вопросы

1. Какова основная цель рентгеновского контроля в сборке ПЛИ?
– Он обнаруживает скрытые дефекты, такие как пустоты в припое, мостики и внутренние трещины. Это критично для BGA, QFN и многослойных плат, где соединения часто скрыты.
2. Чем рентгеновский контроль отличается от АОИ (автоматического оптического контроля) в проверке ПЛИ?
– АОИ выявляет поверхностные дефекты с помощью камер и света, тогда как рентген "видит насквозь" плату, чтобы проверить пространство под компонентами и внутри скважин.
3. Безопасен ли рентгеновский контроль для электронных компонентов?
– Да. Низкодозное излучение не повреждает компоненты, что позволяет проводить 100%-ный инлайн или офлайн контроль без повреждения плат.
4. Может ли рентгеновский контроль находить проблемы в многослойных ПЛИ?
– Конечно. Рентген выявляет внутренние дефекты, такие как трещины в скважинах или делиминирование, которые остаются невидимыми для оптических методов.
5. Все ли ПЛИ нуждаются в рентгеновском контроле?
– Не обязательно. Это наиболее полезно для плотных плат с скрытыми соединениями или для продукции, требующей высокой надежности. Более простые конструкции могут опираться только на АОI и другие методы.