PCB:n röntgentarkastus piirilevyn laadunvalvontaan

Johdanto

Elektroniikka-alan jatkuvan innovaation keskellä tarkastusprosessi säilyy laadunvalvontajärjestelmän ytimenä. Elektroniikka-insinöörit ovat vastuussa tuotelaadun valvonnasta. Laatumanagerien on valvottava tuotantoprosessia. Piirilevyjen sopimusvalmistajien on hallittava lopputuotetta. Kaikkien asianomaisten sidosryhmien on pidettävä painokorttina tulostettujen piirilevyjen huippusuorituskyvyn varmistamista. Nykyaikaiset piirilevyjen suunnitteluratkaisut kehittyvät kohti suurempaa monimutkaisuutta. Tiheästi asennettujen komponenttien teknologiat edellyttävät tarkan tarkkuista prosessihallintaa. Edistyneet suunnitteluvaatimukset vaativat entistä tarkempaa valmistustarkkuutta. Nämä teknologiset edistysaskeleet asettavat uusia haasteita tarkastuskyvylle. Perinteisillä tarkastusmenetelmillä on havaittavia tunnistusrajoituksia. Ne eivät pysty tehokkaasti tunnistamaan komponenttien alla olevia juotoksia. Näitä mikroskooppisia vikoja saattaa myös esiintyä syvällä komponenttien sisäisissä rakenteissa.

Röntgentarkastusteknologia osoittaa erityisarvonsa juuri tässä vaiheessa. Teknologia mahdollistaa tuhoamattoman sisäisen tarkastuksen, tuottaa korkearesoluutioisia yksityiskohtaisia kuvia ja näyttää tarkasti painopohjien sisäisen rakenteen. On tunnustettava, että röntgentarkastus on kehittynyt välttämättömäksi ydintestausmenetelmäksi. Kaikkien valmistajien, jotka pyrkivät tuottamaan korkealaatuisia piirilevyjä ja elektronisia tuotteita, on luotettava tähän teknologiaan täyttääkseen alan tiukimmat standardit.

Tämä perusteellinen opas pyrkii järjestelmällisesti selittämään röntgenskannausmenetelmän perustoimintaperiaatteet. Siinä käsitellään yksityiskohtaisesti tämän teknologian keskeistä roolia laadunvalvontajärjestelmissä ja esitellään pääasialliset tarkastusmenetelmät, joita nykyaikaisessa teollisessa tuotannossa yleisesti käytetään. Lisäksi analysoimme nykyaikaisten röntgentarkastuslaitteiden tulisi sisältää olevia keskeisiä toiminnallisia ominaisuuksia. Kirjassa esitetään myös käytännön toimintamenetelmiä korkean arvon tarkastuskuvien saamiseksi. Tällaiset kuvat voivat selvästi paljastaa erilaisia piilotettuja vikoja, jotka perinteiset tarkastusmenetelmät usein jättävät huomaamatta.

Tärkeys Röntgentarkastus laadunvalvontaa varten

Elektroniikkateollisuus vaatii jatkuvasti vakaita tuoteominaisuuksia, nopeutettuja tuotantosyklejä ja erittäin luotettavaa laitteistoa. Nämä tiukat vaatimukset ovat perustavanlaatuisesti muuttaneet perinteistä laatutarkastuksen roolia. Nykyaikaiset valmistusjärjestelmät ovat syventäneet laatutarkastusta jokaiseen painokkaaseen vaiheeseen piirilevien tuotannossa.

Miksi on Röntgentarkastus olennainen laadunvalvonnassa PCB-valmistuksessa?

• Monimutkaiset PCB-suunnittelut: Nykyään PCB:t sisältävät enemmän kerroksia, pienempiä komponentteja kuten BGA:t ja tiukempia juotosliitoksia jokaiselle levylle. Perinteiset tarkastusmenetelmät, kuten visuaalinen tarkastus ja AOI (automaattinen optinen tarkastus), eivät pysty näkemään pinnan alle ja jättävät huomioimatta piilotyhjyydet, sisäiset oikosulut tai riittämättömät juotokset.
• Teollisuusstandardit: Sääntelykehykset, kuten IPC-A-610, ISO 9001 ja IATF 16949, edellyttävät kovia tarkastusprosesseja ja dokumentointia. Röntgentarkastus integroituu helposti laatujärjestelmien vaatimuksiin.
• Automaattiset tarkastusmahdollisuudet: Modernit automaattiset röntgentarkastusjärjestelmät (AXI) tarjoavat nopeita, toistettavia ja yksityiskohtaisia tarkastuksia jokaiselle yksikölle, riippumatta tuotantomäärän suuruudesta.
• Röntgenkuvien ottaminen: Vain röntgenteknologia pystyy tuottamaan sisäisiä, monikerroksisia ja korkeakontrastisia kuvia, jotka paljastavat viallisuudet ja prosessiongelmat, joita muut menetelmät eivät havaitse.
• Luotettavuus: Vian analyysi osoittaa johdonmukaisesti, että suuri osa kentältä palautetuista laitteista johtuu piilossa olevista juotiliitosten tyhjistä, avoimista piireistä tai sisäisestä kerrosten irtoamisesta, joita on helppo jättää huomaamatta ilman röntgenkuvauksen mahdollisuutta.

Perinteisten tarkastusmenetelmien yksinomainen käyttö johtaa useisiin ongelmiin. Tämä menetelmä sallii tietyt sisäiset virheet jäävän havaitsematta. Seurauksena on myös painopohjien kokonaisluotettavuuden hitaan heikkeneminen. Lopulta nämä piilotetut riskit ilmenevät toiminnallisina vioina tuotteen varsinaisessa käytössä. Röntgentarkastusteknologia tarjoaa keskeistä teknistä tukea näiden haasteiden ratkaisemiseen. Teknologia on nykyään välttämätön ydinratkaisu modernien elektroniikkatuotteiden testauksessa ja valmistusprosessin validoinnissa.

Perinteiset tarkastusmenetelmät vs. röntgentarkastusteknologia

Ennen kuin paneudumme syvemmin röntgentarkastusteknologiaan, tarkastellaan, miten se vertautuu perinteisiin tarkastustehtäviin:

Miksi perinteiset tarkastusmenetelmät eivät riitä

• BGA- ja sisäisten liittimien juottaminen: Piilotetut liitokset, joita ei näy edes korkearesoluutioisilla AOI- ja mikroskooppitutkilla.
• Monikerroksiset PCB:t ja HDI-kortit: Sisäisten jälkien katkeamukset ja via-in-pad-täyttöongelmat ovat näkymättömiä, jos tarkastus rajoittuu vain pintaan.
• Syyn analyysi: Vain röntgenkuvauksella voidaan havaita vauriot kuten kerrosten irtoaminen, kerrosten sisällä olevat nostetut liittimet tai hienovaraiset eroavaisuudet juotosmäärissä.
• Nopeus ja automaatio: Automaattinen röntgentarkastus mahdollistaa nopeamman tarkastusnopeuden ja vähentää manuaalista tarkastusta, skaalautuen massatuotantoon.

Kuinka röntgentarkastus toimii: Teknologia, tehtävät ja edut

Röntgentarkastuksen taustalla oleva tiede

Röntgentarkastus on testausmenetelmä, jossa käytetään röntgensäteilyä tuottamaan energia-aaltoja, jotka läpäisevät PCB-asennoksen. Metallien (kuten juotteen tai kuparin) ja orgaanisten materiaalien (FR-4, hartsi) atomipainojen ero luo näkyvän kontrastin röntgenkuvassa.

Röntgentarkastuksen tehtäviin kuuluu:

• Tuottajien alla olevien juotosliitosten tarkastus BGAt, QFN:t, LGAt — komponentit, joiden liittimet eivät ole optisesti näkyvissä.
• Sisäkerrosten vikojen havaitseminen monimutkaisissa PCB-piireissä, kuten avoimet, oikosulut ja kerrosten irtoaminen.
• Juotetilavuuksien ja ilmakuppojen määrittäminen.
• Tärkeä laadunvalvonnassa ja tarkastuksessa sekä prototyypeille että suurille tuotantoserioille.

Edut muihin tarkastusteknologioihin verrattuna

• Ei-tuhoava: Tarkastus ei vahingoita tai tuhoa PCB-piirejä.
• Automaattinen tarkastus: Mahdollistaa nopeammat tarkastusnopeudet, automaattisen virheiden tunnistuksen ja toistettavat tulokset.
• Tarkka paikannus: Mahdollistaa tarkastustarkkuuden parantamisen keskittämällä kuvaus kriittisiin BGA- tai sisäosiin.
• Integraatio: Voidaan yhdistää MES- tai laadunhallintajärjestelmiin jäljitettävyyden varmistamiseksi tuotannosta lopputuotteeseen.

Rakennelevyjen valmistuksessa käytettävät röntgentarkastustyypit

Yritysten päätöksentekijöiden tehtävänä on valita sopivat röntgentarkastusmenetelmät, mikä edellyttää kattavaa arviointiprosessia. Tässä prosessissa on otettava huomioon samanaikaisesti tarkastuksen tarkoitus, piirilevyjen fyysiset ominaisuudet sekä tuotantolinjojen käytännön vaatimukset.

2D-röntgentarkastus

• 2D-järjestelmät tuottavat tasokuvia – ne soveltuvat hyvin nopeaan kokoonpanon tarkastukseen, juotosmäärän mittaamiseen ja suurten virheiden tunnistamiseen piirilevykokoonpanoista.
• Laadukkaat röntgenkuvat paljastavat riittämättömän juotoksen, irronneet liitospinnat, juotosylittymät sekä puuttuvat tai siirtyneet komponentit yksinkertaisilta levyiltä.

2,5D-tarkastus

• Vino ja kulmassa oleva 2D-kuvantaminen tarjoaa lisänäkymän, joka helpottaa vikojen havaitsemista komponenteissa kuten BGAtissa ja monimutkaisissa jäljissä.

3D-röntgen ja tietokonetomografia (CT)

• Täydellinen 3D-CT-röntgen mahdollistaa virtuaalisten poikkileikkausten tekemisen PCB-kerroksista, paljastaen piilotetut viat kuten romahtaneet viat, mikrokärjetykset tai sisäiset oikosulut/katkokset monimutkaisissa PCB-suunnittelussa.
• Edistyneet röntgentarkastuskyvyt tukevat monikerrosten analysointia, mikä on ideaalista korkean luotettavuuden ja turvallisuuskriittisten sovellusten kanssa.

Automaattiset röntgentarkastusjärjestelmät (AXI)

Automaattisten röntgenkuvantarkastusjärjestelmien (AXI) myötä tulokaskytkentälevyjen valmistusteollisuus on kokenut merkittäviä muutoksia. Näiden järjestelmien ansiosta jokaisella tuotantolinjalla saavutetaan luotettava ja tehokas tarkastus, mikä edistää teknologista kehitystä. Edistyneet järjestelmät hyödyntävät robottitekniikkaa tarkastusprosessin täydelliseksi automatisoimiseksi, mukaan lukien levyn käsittely, skannauskuvaus ja vikaluokitus. Nämä järjestelmät voivat jatkuvasti tuottaa nopeita ja vakaita tarkastustuloksia mahdollisimman vähäisellä ihmisen valvonnalla.

Automaattiset röntgenkuvantarkastusjärjestelmät käyttävät kehittyneitä algoritmeja kerättyjen röntgenkuvien reaaliaikaiseen analysointiin.

Nämä järjestelmät voivat automaattisesti tunnistaa erilaisia tyypillisiä vikoja, kuten juotosvirheitä, komponenttien epätarkkoja asentoja, avoimia piirejä sekä piilotettuja siltoja BGA-pakkausten ja muiden kriittisten alueiden alla. AXI-järjestelmien integroiminen laatuvarhainhallintajärjestelmiin mahdollistaa kaikkien röntgentutkimusten tietojen keskitetyn arkistoinnin. Tämä yhdentynyt ratkaisu tallentaa kattavasti vikatrendianalyysin tiedot ja niihin liittyvät korjaavat toimenpiteet, luoden suljetun silmukan muodostavan laatuvarhainhallintajärjestelmän.

AXI:n keskeiset edut:

• Automaatista toistuvia tarkastustehtäviä vähentääksesi työvoitakustannuksia.
• Mahdollistaa nopeamman jokaisen levyn tarkastuksen – ratkaisevan tärkeää suurmittakaavaisessa ja monipuolisessa elektroniikkatuotannossa.
• Parantaa jäljitettävyyttä automatisoidulla datan keruulla ja raportoinnilla tarkastuksia ja säädösten noudattamista varten.
• Tukee integrointia MES/ERP-järjestelmiin älykkään valmistuksen ja Teollisuus 4.0 -aloitteiden edistämiseksi.

Röntgentarkastuskoneen keskeiset komponentit

Tehokas röntgenkone PCB:iden ja PCB-koostojen tarkastukseen sisältää seuraavat ominaisuudet:

• Röntgenlähde: Ydinosa, joka tuottaa röntgensäteilyä, säädettävällä jännitteellä erittäin hienoille tai paksuille monikerroksisille levyille.
• Manipulaattorit/Robottikäsittely: Varmistaa tarkan kohdistuksen ja liikkeen, mahdollistaen koko alueen skannauksen ja jopa useiden PCB:iden tai paneelien samanaikaisen tarkastuksen.
• Havaintojärjestelmä: Korkearesoluutioiset digitaaliset detektoririvit mahdollistavat vankan virheiden havaitsemisen, myös pienimmät tai piilotetut virheet. Jotkin koneet tarjoavat vaihtuvat 2D/3D-tilat maksimaalista joustavuutta varten.
• Edistynyt kuvankäsittelyohjelmisto: Laadukkaat tekoälyalgoritmit ja mukautuva kynnysarvointi parantavat kontrastia, analysoivat kerroksia ja luokittelevat virhetyypit automaattisesti.
• Käyttöliittymä: Kosketusnäytön ohjaukset, ohjelmoitavat reseptit ja suora tietojen vienti MES:iin/pilveen jäljitettäviä, tarkastettavissa olevia työnkulkuja varten.

PCB:n röntgentarkastuksella havaitut virheet ja ongelmat

Yksi vahvimmista perusteluista röntgentarkastuksen käytölle PCB:n laadunvalvonnassa on sen kyky paljastaa valmistusongelmia, joita muut tarkastusteknologiat eivät yksinkertaisesti näe. Tässä on mitä tehokas röntgentarkastus pystyy havaitsemaan:

1. Juotosalueet ja riittämätön juotos: Juotoksessa muodostuu reikien kaltaisia alueita juotesolmuissa. Tämä ilmiö heikentää sekä sähköistä liitännän että mekaanisen lujuuden yhteyttä. Perinteiset tarkastusmenetelmät eivät pysty havaitsemaan näitä sisäisiä vikoja. Röntgentarkastusteknologia tarjoaa selkeän kuvan koko sisäisestä rakenteesta.

2. Juotosylitykset/oikosulut: Erityisesti BGA-komponenttien alla – joissa optiset tai koekärkiin perustuvat menetelmät epäonnistuvat – röntgenkuvat paljastavat yhteysongelmat, jotka voivat aiheuttaa katastrofaalisia vikoja käytössä.

3. Väärässä asennossa olevat komponentit: Tunnistaa tarkasti virhepaikatetut tai vinoon asettuneet komponentit, nousevat johdot ja tombstoning-ilmiön.

4. Avoin piiri/sisäiset halkeamat: Piilot halkeamat sisäkerrosten välissä tai jälkien varrella mekaanisen tai lämpöisen rasituksen seurauksena.

5. Täytetyt/haudatut viat ja neulareiät: Tämä teknologia tunnistaa tehokkaasti viat, joissa on onttoja kohtia tai epätäydellisesti täytettyjä osia, mikä on erityisen kriittistä tiheästi kytkettyjen kytkentälevyjen ja padin sisällä olevia viapisteitä käyttävien tuotteiden osalta.

6. Kerrostuman irtoaminen ja kerrosten välinen erottuminen: 3D/CT-röntgenkuvantamisteknologialla saadut kerrosnäkymät voivat selvästi paljastaa pinttömien piirilevyjen kerrosten välisen delaminaation tai erottumisen. Tämä menetelmä tunnistaa nopeasti kerrosten väliset ongelmat, joita on vaikea havaita perinteisillä menetelmillä.

Röntgenkuvien ottaminen: Oleellinen laadunvarmistuksessa PCB-tarkastuksissa

Laadukkaiden röntgenkuvien ottaminen on perustavaa laatua luotettavalle vian havaitsemiselle. Nykyaikaiset järjestelmät tarjoavat ominaisuuksia, kuten automaattinen säteilyannoksen ohjaus, ohjelmoitavat skannausreitit ja säädettävä tarkennus, jotka sopivat erityisiin PCB-kokoonpanoihin ja komponenttityyppeihin.

Parhaat käytännöt röntgenkuvien ottamiseksi:

• Käytä korkean resoluution asetuksia hienojakoisille piireille tai niissä kohdissa, joissa kriittisiä komponentteja, kuten BGAt, on läsnä.
• Vertaa ”hyvän levyn” kuvia, jotta vianhavaintoalgoritmit voivat tarkemmin havaita prosessin poikkeamat.
• Kalibroi säännöllisesti röntgentarkastuskoneesi tunnettujen testinäytteiden vastaan taatakseen johdonmukaisen kuvanlaadun ja virheiden luokittelun.
• Arkistoi ja lisää huomautuksia kuviin laadunhallintajärjestelmän kautta luodaksesi historiallisen tallenteen vaatimustenmukaisuutta ja jäljitettävyyttä varten.

Hyödyt: Automaattinen röntgentarkastus PCB:n laadunvalvonnassa

Automaattinen röntgentarkastus tarjoaa ainutlaatuisia etuja, joita muut testaus- ja tarkastusmenetelmät eivät pysty vastaamaan:

Röntgentarkastuksen hyödyt

Vinkkejä näiden etujen maksimoimiseksi:

• Integroi AXI-tiedot MES-järjestelmään reaaliaikaisia kojelautakuvauksia ja välittömiä ilmoituksia vianmäärän noususta varten.
• Käytä automatisoitua raportointia toimittajalaadun valvontaan.
• Ajaistaan säännöllisiä tarkastuksia röntgenkuvatietueista, jotta prosessien kehityssuunnat voidaan tunnistaa ennen kuin ne muodostuvat ongelmiksi.

Miten valita röntgentarkastuspalvelut tai -laitteet

Valintasi vaikuttaa lopputuotteen luotettavuuteen ja tuotantoprosessisi tehokkuuteen pcb valmistus työkalua.

Käytännön näkökohdat

• 2D-järjestelmät: Soveltuvat perustuotantolinjoihin, nopeaan seulontaan tai AOI:n täydentämiseen.
• 3D/CT: Välttämättömät edistyneisiin, arvokkaisiin tai turvallisuuteen liittyviin sovelluksiin, joissa on monikerroksisia tai tiheästi rakennettuja piirilevyjä.
• Automaattinen röntgentarkastusjärjestelmä: Parhaissa tehtaissa ja sopimusvalmistajissa nollavirhetavoitetta pyrkiville AXI on välttämätön nopeuden ja kattavuuden kannalta.

Kysy röntgentarkastuspalveluntarjoajaltasi:

• Mikä on kokemuksesi pcb- ja elektroniikkateollisuudessa?
• Voitko jakaa esimerkkiraportteja ja osoittaa viallisen luokittelun samankaltaisissa pcb-kokoonpanoissa?
• Kuinka usein kalibroitte järjestelmät uudelleen, ja miten käsittelette röntgenkuvien arkistointia?
• Noudatatteko kansainvälisiä röntgensäteilyyn ja laatuvaatimuksiin liittyviä standardeja?

Usein kysyttyjä kysymyksiä pcb:n röntgentarkastuksesta

K: Miksi röntgentarkastus on kriittistä laadun kannalta pcb-kokoonpanoissa?

V: Röntgentarkastus näkee läpi kerrosten ja komponenttien, tunnistaa piilotetut ongelmat – kuten ontelot, oikosulut ja epätasaukset – ja varmistaa, että piirilehtesi täyttävät korkeimmat teollisuusstandardit, joita perinteiset tarkastusmenetelmät eivät havaitse.

K: Mitä virheitä voidaan havaita ainoastaan pcb:n röntgentarkastuksella?

A: Virheet, kuten juotosalueiden tyhjät alueet BGAn alla, kerrosten välinen erottuminen piirilevyillä, sisäisillä tyhjillä tiloilla olevat täytetyt viat, jäljissä olevat mikrorypäleet sekä hienovarainen epäkeskisyys suurten komponenttien alla, ovat nähtävissä vain röntgenkuvantamisteknologialla.

K: Onko röntgentarkastus turvallista piirilevyilleni ja käyttäjille?

A: Kyllä — nykyaikaiset röntgentarkastuskoneet on tehokkaasti varustettu säteilynsuojauksella, ja käyttäjät noudattavat tiukkoja säteilyturvallisuusohjeita. Oikeat asetukset takaavat sekä komponenttien että henkilöiden suojaamisen.

K: Miten röntgentarkastus parantaa tarkastusnopeutta ja -laatua?

A: Automaattiset röntgentarkastusjärjestelmät ottavat korkearesoluutioisia kuvia ja analysoivat ne muutamassa sekunnissa, tarjoamalla johdonmukaiset laaduntarkistukset ja vähentäen pullonkauloja verrattuna hitaampiin manuaalisiin menetelmiin.

K: Tarvitsenko aina 3D-röntgentarkastusta, vai riittääkö 2D-röntgentarkastus?

2D-järjestelmät ovat nopeita ja kustannustehokkaita monia tyypillisiä PCB-tehtäviä varten, mutta 3D (CT) röntgenkuvaus on välttämätön monimutkaisten PCB:ien, HDI-kerrosten tai syvyyksien tarkastelussa, kuten täytettyjen viaporausten, sisäkerrosten vikojen tai pystysuuntaisten komponenttipakettien kohdalla.

K: Miten voin tietää, onko tarkastukseni osa tehokasta PCB-valmistusta?

V: Jos täyttää jatkuvasti viallisten tuotteiden ppm-tavoitteet, sinulla on selkeät historialliset röntgenkuvien arkistot ja läpäiset säännöllisesti asiakkaiden tai sääntelyviranomaisten laadudit, tarkastusprosessisi (erityisesti automatisoitu röntgentarkastus) toimii.

Johtopäätös: Laadunvalvonta ja tarkastus luotettavien PCB:ien varmistamiseksi

Koska elektroniikka muodostaa perustan kaikille nykyaikaisille helpotuksille, lääkinnällisistä laitteista autoihin asti, on tärkeämpää kuin koskaan taata jokaisen piirilevyn laatu ja luotettavuus. Röntgentarkastus on keskeinen tekijä tämän luotettavuuden takaamisessa.

Hyödyntämällä nykyaikaista röntgenkuvantamisteknologiaa, johon kuuluvat sekä 2D- että 3D-menetelmät, nykypäivän PCB-valmistajat, suunnittelijat ja laatuinsinöörit voivat automatisoida tarkastustehtävät, saavuttaa nopeammat tarkastusnopeudet ja taata, että piilotetut viat eivät koskaan pääse asiakkaalle.

PCB:n röntgentarkastus tarjoaa yksityiskohtaisen, tuhoamattoman näkymän haastavimpiin kerroksiin ja juotostiloihin, mikä mahdollistaa reaaliaikaisen, toimenpiteisiin johtavan palautteen osana modernia laadunhallintajärjestelmää. Se korjaa puutteita, joissa perinteiset tarkastusmenetelmät epäonnistuvat, ja on keskeisessä asemassa laatukontrolli- ja tarkastusstrategioissa, jotka varmistavat, että jokainen erä on laadukas PCB-kokoonpano.