PCB Рентгеново инспектиране за контрол на качеството на платките

Въведение

В условията на непрекъснатото развитие в електронната индустрия, процесът на инспекция остава основен стълб на системата за контрол на качеството. Електронните инженери са отговорни за наблюдението на качеството на продуктите. Мениджърите по качество трябва да следят производствения поток. Договорните производители на платки се нуждаят от управление на крайния изход. Всички заинтересовани страни трябва да считат осигуряването на високото качество на печатните платки за своя първостепенна отговорност. Съвременните проекти на печатни платки се развиват към по-голяма сложност. Технологиите за високоплътна монтаж се нуждаят от прецизен контрол на процеса. Напредналите проектни спецификации продължават да изискват по-висока точност при производството. Тези технологични постижения поставят нови предизвикателства пред възможностите за инспекция. Традиционните методи за инспекция имат забележими ограничения при откриването. Те се затрудняват да идентифицират ефективно дефекти в леярските връзки под компонентите. Тези микроскопични дефекти могат също да се намират дълбоко във вътрешните структури на компонентите.

Технологията за рентгеново инспектиране демонстрира своята отличителна стойност точно на този етап. Тази технология осъществява неразрушаващо вътрешно изследване, предоставя детайлизирани изображения с висока резолюция и точно показва вътрешната структура на печатните платки. Трябва да се признае, че рентгеновото инспектиране се е превърнало в задължителна основна тестова технология. Всички производители, посветени на създаването на висококачествени платки и електронни продукти, трябва да разчитат на тази технология, за да отговарят на най-строгите стандарти в индустрията.

Това задълбочено ръководство има за цел системно да разясни основните принципи на работата на технологията за рентгеново инспектиране. Ще бъде изяснена ключовата роля, която тази технология играе в системите за контрол на качеството, както и ще бъдат представени основните методи за инспекция, широко прилагани в съвременното промишлено производство. Освен това ще анализираме основните функционални характеристики, които съвременното рентгеново инспекционно оборудване трябва да притежава. В книгата също се предоставят практически методи за работа за получаване на висококачествени инспекционни изображения. Такива изображения могат ясно да разкрият различни скрити дефекти, които често остават незабелязани при конвенционалните методи за инспекция.

Важността на Рентгенова инспекция за контрол на качеството

Електронната индустрия постоянно изисква стабилно качество на продуктите, ускорени производствени цикли и високо надеждно оборудване. Тези строги изисквания кардинално промениха традиционната роля на контрола на качеството. Съвременните производствени системи дълбоко са вградили контрола на качеството във всеки съществен етап от производството на печатни платки.

Защо? Рентгенова инспекция от съществено значение за контрола на качеството при производството на PCB?

• Сложни конструкции на PCB: Съвременните PCB платки имат повече слоеве, по-малки компоненти като BGAs и по-тясни спойки на всяка платка. Традиционните методи за инспекция – като визуална проверка и AOI (Автоматизирана оптична инспекция) – имат затруднения да виждат под повърхността, пропускайки скрити кухини, вътрешни къси съединения или недостатъчна спойка.
• Индустрийни стандарти: Регулаторни рамки като IPC-A-610, ISO 9001 и IATF 16949 изискват задълбочени процеси за инспекция и документация. Инспекцията с рентген лесно се интегрира с изискванията за системи за управление на качеството.
• Възможности за автоматизирана инспекция: Съвременните автоматизирани системи за рентгенова инспекция (AXI) осигуряват бързи, повтарящи се и детайлни проверки за всеки единица, независимо от обема на производството.
• Заснемане на рентгенови изображения: Само рентгеновата технология може да предоставя вътрешни, многослоеви и висококонтрастни изображения, които засичат дефекти и проблеми в процеса, невидими за други методи.
• Надеждност: Анализът на повредите последователно показва, че голям процент от върнатите изделия от полето се дължи на скрити оловни фуги, прекъснати вериги или вътрешно разслояване, всички те лесно пропускани без рентгеново възможност.

Полагането единствено на традиционни методи за инспекция води до множество проблеми. Този подход позволява определени вътрешни дефекти да останат незабелязани. Освен това причинява постепенно влошаване на общата надеждност на печатните платки. В крайна сметка тези скрити рискове се проявяват като функционални повреди по време на реалната употреба на продукта. Рентгеновата технология за инспекция осигурява ключова техническа подкрепа за решаване на тези предизвикателства. Тази технология се превърна в задължително ядрено решение за инспекция при тестването на съвременни електронни продукти и валидирането на производствените процеси.

Традиционни методи за инспекция срещу рентгенова технология за инспекция

Преди да навлезем по-дълбоко в рентгеновата технология за инспекция, нека видим как тя се сравнява с класическите задачи за инспекция:

Защо традиционните методи за инспекция не са достатъчни

• Спиране на BGA и вътрешни падове: Скрити възли, които не могат да бъдат видени дори с висока резолюция AOI и микроскопни проби.
• Многослойни PCB и HDI платки: Вътрешни прекъсвания на проводници и проблеми с пълненето на преходни отвори в контактни площи са невидими при инспекция само на повърхността.
• Анализ на коренната причина: Само чрез рентгенови изображения могат да бъдат засечени дефекти като разслояване, вдигнати контактни площи във вътрешните слоеве или малки разлики в обема на лепенката.
• Скорост и автоматизация: Автоматизираната рентгенова инспекция осигурява по-висока скорост на инспекция и намалява ръчния преглед, което позволява мащабиране за масово производство.

Как работи рентгеновата инспекция: технология, задачи и предимства

Науката зад рентгеновата инспекция

Рентгеновата инспекция е метод за тестване, който използва рентгеново лъчение за генериране на енергийни вълни, проникващи в PCB сглобка. Разликата в атомното тегло между метали (като лепенка или мед) и органични материали (FR-4, смола) създава видим контраст на рентгеновото изображение.

Задачи на рентгеновата инспекция включват:

• Инспекция на лецови възли под BGAs, QFNs, LGAs — компоненти, при които контактните площи не са оптически видими.
• Откриване на дефекти във вътрешните слоеве на сложни PCB, като прекъсвания, къси съединения и отлущване.
• Количествено определяне на обема на лецовия материал и вакууми.
• От съществено значение за контрола на качеството и инспекцията както на прототипи, така и на серийни производствени серии.

Предимства пред други технологии за инспекция

• Неразрушителен: Инспекцията не поврежда и не унищожава PCB платките.
• Автоматизирана инспекция: Поддържа по-високи скорости на инспекция, автоматично маркиране на дефекти и възпроизводими резултати.
• Точност до детайла: Позволява подобряване на точността на инспекцията чрез фокусиране на изображението върху критични области като BGA или вътрешни зони.
• Интеграция: Може да се свърже с MES или системи за управление на качеството за осигуряване на проследимост от производството до крайния продукт.

Типове рентгенова инспекция в производството на PCB

Изборът на подходящи методи за рентгенова инспекция от предприемачески решения е всеобхватен оценъчен процес. Този процес изисква едновременно вземане предвид на конкретните цели на инспекцията, физическите характеристики на платките и практическия характер на производствените линии.

2D Рентгенова инспекция

• 2D системите произвеждат плоски изображения – идеални за бързо сканиране на сглобки, измерване на обема на леярския припой и идентифициране на основни дефекти в сглобка на PCB.
• Качествените рентгенови изображения показват недостатъчен припой, прекъснати контактни площи, мостове от припой и липсващи или изместени компоненти на прости платки.

2.5D Инспекция

• Косо/ъгловото 2D изображение осигурява допълнителна перспектива, което улеснява откриването на дефекти в компоненти като BGAs и сложни следи.

3D рентгеново лъчение и компютърна томография (CT)

• Пълното 3D CT рентгеново лъчение позволява виртуално напречно сечение на PCB слоеве, разкривайки скрити повреди като колапснали виаси, микротръщини или вътрешни къси съединения/обриви в сложни конструкции на PCB.
• Напреднали възможности за рентгеново инспектиране поддържат анализ на множество слоеве, идеални за приложения с висока надеждност и безопасност.

Автоматизирани системи за рентгеново инспектиране (AXI)

Появата на автоматизирани системи за рентгенов инспектиране (AXI) революционизира индустрията за производство на печатни платки. Като осигуряват надежден и високо ефективен контрол на всяка производствена линия, тези системи насърчават технологичното ѝ развитие. Напредналите системи използват роботика за постигане на пълна автоматизация на процеса на инспектиране, включително обработване на платките, сканиращо изображение и класификация на дефектите. Тези системи могат последователно да осигуряват бързи и стабилни резултати от инспекция с минимално човешко намесване.

Автоматизираните системи за рентгеново инспектиране използват сложни алгоритми за извършване на анализ в реално време на заснетите рентгенови изображения.

Тези системи могат автоматично да идентифицират различни типични дефекти, включително липса на оловен припой, несъосности на компоненти, прекъснати вериги и скрити мостове под BGA пакети и други критични области. Чрез интегриране на AXI системи в платформи за управление на качеството, фабриките могат да постигнат централизирано архивиране на всички данни от рентгенови инспекции. Това интегрирано решение изчерпателно записва данни за анализ на тенденциите на дефектите и съответните коригиращи действия, като създава затворена система за управление на качеството.

Основни предимства на AXI:

• Автоматизиране на повтарящи се задачи за инспекция за намаляване на трудовите разходи.
• Осигурява по-бърза инспекция на всяка платка — от решаващо значение за големи серии и производство с високо разнообразие от електронни продукти.
• Осигурява подобрена проследимост чрез автоматизирано заснемане и отчитане на данни за одити и спазване на изисквания.
• Поддържа интеграция с MES/ERP за умно производство и инициативи за Индустрия 4.0.

Основни компоненти на рентгенова инспекционна машина

Ефективна рентгенова инспекционна машина за печатни платки и сглобки от печатни платки ще включва следното:

• Рентгеново излъчване: Основен елемент, генериращ рентгеново излъчване, с регулируемо напрежение за ултрафини или дебели, многослойни платки.
• Манипулатори/Роботизирани системи за обработка: Осигурява точно подравняване и движение, позволяващо сканиране на цялата зона и дори едновременна инспекция на множество печатни платки или панели.
• Система за детектиране: Високорезолюционни цифрови детекторни масиви позволяват надеждно откриване дори на най-малки или скрити дефекти. Някои машини предлагат превключваеми 2D/3D режими за максимална гъвкавост.
• Напреднало софтуерно осигуряване за обработка на изображения: Висококачествени алгоритми за изкуствен интелект и адаптивно прагово определяне подобряват контраста, анализират слоевете и автоматично класифицират видовете дефекти.
• Интерфейс за оператора: Управление чрез тъчскрийн, програмируеми рецепти и директен експорт на данни към MES/облак за проследими и проверяеми работни процеси.

Дефекти и проблеми, засечени при рентгеново инспектиране на PCB

Един от най-силните аргументи за използването на рентгеново инспектиране при контрола на качеството на PCB е неговата способност да разкрива производствени проблеми, които други технологии за инспекция просто не могат да видят. Ето какво може да засече надеждната рентгенова инспекция:

1. Солдерни вакууми и недостатъчен солдер: По време на процеса на рефлуксен солдер възникват вакууми в солдерните връзки. Този феномен компрометира както електрическата проводимост, така и механичната якост на връзките. Традиционните методи за инспекция не могат да засекат тези вътрешни дефекти. Рентгеновата технология осигурява ясна визуализация на цялата вътрешна структура.

2. Солдерни мостове/къси съединения: Особено под BGAs — където оптичните или пробни методи не дават резултат, — рентгеновите изображения разкриват проблеми с връзките, които могат да доведат до катастрофални повреди в експлоатация.

3. Неправилно подредени компоненти: Точно засича неправилно поставени или наклонени компоненти, вдигнати изводи и ефекта от камък (tombstoning).

4. Отворени вериги/вътрешни пукнатини: Скрити пукнатини между вътрешни слоеве или по проводниковите линии, причинени от механично или термично напрежение.

5. Пълнени/запушени преходни отвори (vias) и игловидни дупки: Тази технология ефективно идентифицира преходни отвори с празноти или непълно запълване, което е особено важно за печатни платки с висока плътност на свързвания и продукти, използващи конструкции с преходни отвори в контактните площи.

6. Разслояване и отделяне на слоеве: Слоистите изображения, получени чрез 3D/КТ рентгенова технология, ясно показват разслояване или разделяне между слоевете на печатните платки. Този метод бързо идентифицира проблеми с отделянето на слоеве, които са трудни за откриване с обикновени методи.

Заснемане на рентгенови изображения: Критично за качествената инспекция на PCB

Получаването на рентгенови изображения с високо качество е от основно значение за надеждното откриване на дефекти. Съвременните системи предлагат функции като автоматичен контрол на експозицията, програмируеми пътища на сканиране и регулируем фокус, за да отговарят на конкретни сглобки от печатни платки и типове компоненти.

Най-добри практики за получаване на рентгенови изображения:

• Използвайте настройки с висока разделителна способност за платки с фини детайли или когато присъстват критични компоненти като BGAs.
• Използвайте референтни изображения на „еталонна платка“, за да могат алгоритмите за дефекти по-точно да засичат отклонения в процеса.
• Регулярно калибрирайте рентгеновата инспекционна машина с известни тестови образци, за да гарантирате последователно качество на изображението и правилна класификация на дефектите.
• Архивирайте и анотирайте изображенията чрез системата си за управление на качеството, за да създадете хронологичен запис за съответствие и проследимост.

Предимства: Автоматична рентгенова инспекция за контрол на качеството на PCB

Автоматичната рентгенова инспекция осигурява уникални предимства, които други методи за тестване и инспекция не могат да постигнат:

Предимства на рентгеновата инспекция

Съвети за максимизиране на тези ползи:

• Интегрирайте данните от AXI с MES за живи табла и незабавно известяване при възникване на вълни от дефекти.
• Използвайте автоматизирано отчитане за наблюдение на качеството на доставчика.
• Насрочете периодични прегледи на записите с рентгенови изображения, за да идентифицирате тенденции в процеса, преди те да станат проблеми.

Как да изберем услуги или машини за рентгеново инспектиране

Вашият избор ще определи надеждността на крайния продукт и ефективността на вашия производство на ПЛС процеси.

Практични разисквания

• 2D системи: Подходящи за основни производствени линии, бързо сканиране или като допълнение към AOI.
• 3D/КТ: Незаменими за напреднали, високи по стойност или безопасностни приложения с многопластови или високоплътни платки.
• Автоматизирана система за рентгеново инспектиране: За първокласни фабрики и договорни производители, стремящи се към целта за нулеви дефекти, AXI е задължителна за скорост и обхват.

Попитайте доставчика си на рентгенови инспекционни услуги:

• Какъв е Вашият опит в индустрията на печатни платки и електроника?
• Можете ли да споделите примерни доклади и да демонстрирате класификация на дефекти при подобни сглобки на печатни платки?
• Колко често се прекалибрират системите и как се справяте с архивите на рентгенови изображения?
• Спазвате ли международните стандарти за рентгеново лъчение и качество?

Често задавани въпроси относно рентгеновата инспекция на печатни платки

В: Защо рентгеновата инспекция се счита за критична за качеството на сглобките на печатни платки?

О: Рентгеновата инспекция може да прониква през слоеве и компоненти, като идентифицира скрити проблеми — като например пори, къси съединения и несъосности — и гарантира, че Вашите платки отговарят на най-високите отраслови стандарти, които традиционните методи за инспекция пропускат.

В: Какви видове дефекти могат да бъдат открити единствено чрез рентгенова инспекция на печатни платки?

A: Дефекти като празноти от лепене под BGAs, разслоения между слоевете на PCB, запълнени виаси с вътрешни празноти, микротръпки по проводниковите пътеки и леки несъответствия под големи компоненти са видими само чрез рентгенови технологии за инспекция.

В: Безопасно ли е рентгеновото сканиране за моите PCB платки и за операторите?

A: Да – съвременните рентгенови инспекционни машини са напълно екранирани и операторите спазват строги правила за безопасност при работа с радиация. Правилните настройки гарантират защита както за компонентите, така и за хората.

В: Как рентгеновата инспекция подобрява скоростта и качеството на проверката?

A: Автоматизираните системи за рентгенова инспекция заснемат изображения с висока резолюция и ги анализират за секунди, осигурявайки последователни проверки на качеството и намаляване на задръстванията в сравнение с по-бавните ръчни методи.

В: Винаги ли ми трябва 3D рентген, или 2D рентгеновите системи са достатъчни?

A: 2D системите са бързи и икономически ефективни за много типични задачи при производството на PCB, но 3D (КТ) рентген е задължителен за инспектиране на сложни PCB, HDI слоеве или области, където има значение дълбочината – например при запълнени преходи, повреди във вътрешни слоеве или вертикални компонентни струпвания.

В: Как мога да разбера дали моята инспекция като част от производството на PCB е ефективна?

A: Ако последователно постигате целите за дефектни части на милион (ppm), разполагате с ясни архиви от исторически рентгенови изображения и редовно успешно минавате клиентски или регулаторни качествени одити, тогава вашият процес на инспекция (особено автоматизираната рентгенова инспекция) работи добре.

Заключение: Контрол на качеството и инспекция за надеждни PCB

Докато електрониката става основа за всяко съвременно удобство – от спасяващи живота медицински устройства до превозните средства, които управляваме, – осигуряването на качеството и надеждността на всяка печатна платка е по-важно от всякога. Рентгеновата инспекция е ключов елемент за тази надеждност.

Като използват утвърдена технология за рентгеново инспектиране, включваща както 2D, така и 3D методи, производителите, проектиращите и инженерите по качество на ППВ днес могат да автоматизират задачите по инспекция, да постигнат по-висока скорост на инспектиране и да гарантират, че скрити дефекти никога няма да достигнат до клиента.

Рентгеновото инспектиране на ППВ осигурява детайлен, неразрушителен поглед в най-сложните слоеве и лецираните връзки, което позволява незабавни и приложими обратни връзки като част от модерна система за управление на качеството. Тя компенсира недостатъците, където традиционните методи за инспекция се провалят, и играе ключова роля в стратегиите за контрол и инспекция на качеството, осигуряващи, че всяка партида е качествена сглобена ППВ.