Рентгеновский контроль печатных плат для обеспечения качества печатных плат

Введение

На фоне постоянных инноваций в электронной промышленности процесс контроля остаётся ключевой основой системы управления качеством. Инженеры-электронщики несут ответственность за контроль качества продукции. Менеджеры по качеству должны контролировать производственные процессы. Контрактные производители печатных плат обязаны управлять конечным выпуском продукции. Все заинтересованные стороны должны считать обеспечение высоких эксплуатационных характеристик печатных плат своей главной задачей. Современные конструкции печатных плат становятся всё более сложными. Технологии плотного монтажа требуют точного контроля процессов. Продвинутые проектные спецификации продолжают повышать требования к точности производства. Эти технологические достижения создают новые вызовы для возможностей инспекции. Традиционные методы инспекции имеют очевидные ограничения в обнаружении дефектов. Они не справляются с эффективным выявлением дефектов пайки, расположенных под компонентами. Эти микроскопические дефекты могут также находиться глубоко внутри структуры компонентов.

Технология рентгеновской инспекции демонстрирует свою уникальную ценность именно на данном этапе. Эта технология позволяет проводить неразрушающий внутренний контроль, обеспечивает детализированные изображения высокого разрешения и точно отображает внутреннюю структуру печатных плат. Следует признать, что рентгеновская инспекция превратилась в незаменимую ключевую технологию тестирования. Все производители, стремящиеся выпускать качественные печатные платы и электронные изделия, вынуждены полагаться на эту технологию, чтобы соответствовать самым строгим отраслевым стандартам.

Это подробное руководство призвано систематически изложить основные принципы работы технологии рентгеновской инспекции. В нем будет подробно рассказано о ключевой роли, которую данная технология играет в системах контроля качества, а также представлены основные методы инспекции, широко применяемые в современном промышленном производстве. Кроме того, мы проанализируем основные функциональные особенности, которыми должно обладать современное рентгеновское оборудование для инспекции. В книге также приведены практические методы получения информативных рентгеновских снимков. Такие снимки позволяют четко выявлять различные скрытые дефекты, которые зачастую не удается обнаружить с помощью традиционных методов инспекции.

Важность Рентгеновская инспекция для контроля качества

Электронная промышленность постоянно требует стабильного качества продукции, сокращения производственных циклов и высоконадежного оборудования. Эти строгие требования кардинально изменили традиционную роль контроля качества. Современные производственные системы глубоко интегрировали контроль качества на каждом важном этапе производства печатных плат.

Почему? Рентгеновская инспекция необходимы для контроля качества при производстве печатных плат?

• Сложные конструкции печатных плат: Современные печатные платы содержат больше слоев, более мелкие компоненты, такие как BGAs, и более плотные паяные соединения на каждой плате. Традиционные методы осмотра — такие как визуальный осмотр и AOI (автоматический оптический контроль) — не позволяют заглянуть под поверхность и пропускают скрытые пустоты, внутренние замыкания или недостаточный объем припоя.
• Промышленные стандарты: Нормативные рамки, такие как IPC-A-610, ISO 9001 и IATF 16949, требуют тщательных процессов проверки и документирования. Инспекция с помощью рентгеновского излучения легко интегрируется с требованиями систем управления качеством.
• Возможности автоматизированного контроля: Современные автоматизированные системы рентгеновской инспекции (AXI) обеспечивают высокоскоростной, воспроизводимый и детализированный контроль каждого изделия, независимо от объема производства.
• Получение рентгеновских изображений: Только рентгеновская технология может обеспечить внутренние, многослойные и высококонтрастные изображения, позволяющие выявить дефекты и проблемы процесса, которые недоступны для других методов.
• Надежность: Анализ отказов последовательно показывает, что значительная часть возвратов продукции из поля вызвана скрытыми пустотами в паяных соединениях, обрывами цепей или внутренним расслоением, которые легко пропустить без возможности рентгеновской диагностики.

Полная зависимость от традиционных методов контроля приводит к ряду проблем. Такой подход позволяет определённым внутренним дефектам оставаться незамеченными. Это также приводит к постепенному снижению общей надёжности печатных плат. В конечном итоге эти скрытые риски проявляются в виде функциональных сбоев во время реального использования продукта. Рентгеновская технология инспекции обеспечивает ключевую техническую поддержку для решения этих задач. Эта технология стала незаменимым основным решением для контроля при тестировании современной электронной продукции и валидации производственных процессов.

Традиционные методы инспекции против рентгеновской технологии инспекции

Прежде чем глубже погрузиться в рентгеновскую технологию инспекции, давайте рассмотрим, как она сравнивается с классическими задачами контроля:

Почему традиционные методы инспекции неэффективны

• Пайка BGA и внутренних контактных площадок Скрытые соединения, которые невозможно обнаружить даже с помощью высокоточных систем AOI и микроскопических зондов.
• Многослойные печатные платы и HDI-платы: Разрывы внутренних трасс и проблемы с заполнением переходных отверстий в контактных площадках незаметны при поверхностном контроле.
• Анализ причин: Только рентгеновские снимки позволяют выявить дефекты, такие как расслоение, отслоение контактных площадок внутри слоев или незначительные различия в объеме припоя.
• Скорость и автоматизация: Автоматизированный рентгеновский контроль обеспечивает более высокую скорость инспекции и сокращает необходимость ручного анализа, что позволяет масштабировать процесс для массового производства.

Как работает рентгеновский контроль: технология, задачи и преимущества

Научные основы рентгеновского контроля

Рентгеновский контроль — это метод тестирования, при котором используется рентгеновское излучение для генерации энергетических волн, проникающих сквозь сборку печатной платы. Разница в атомной массе между металлами (например, припоем или медью) и органическими материалами (FR-4, смола) создает видимый контраст на рентгеновском изображении.

Задачи рентгеновского контроля включают:

• Проверка паяных соединений под BGA, QFN, LGA — компонентами, у которых контактные площадки не видны визуально.
• Обнаружение дефектов внутренних слоев сложных печатных плат, таких как обрывы, короткие замыкания и расслоения.
• Определение объема припоя и размеров пустот.
• Критически важно для контроля качества и проверки как прототипов, так и серийных изделий.

Преимущества по сравнению с другими технологиями инспекции

• Без разрушения: Инспекция не повреждает и не разрушает печатные платы.
• Автоматизация инспекции: Обеспечивает более высокую скорость инспекции, автоматическое выявление дефектов и воспроизводимость результатов.
• Точность определения: Позволяет повысить точность инспекции, фокусируя визуализацию на критически важных областях BGA или внутренних участках.
• Интеграция: Может быть интегрирован с MES или системами управления качеством для обеспечения прослеживаемости от производства до конечного продукта.

Типы рентгеновской инспекции в производстве печатных плат

Выбор подходящих методов рентгеновской инспекции руководителями компаний представляет собой комплексный процесс оценки. Этот процесс требует одновременного учета конкретных целей инспекции, физических характеристик печатных плат и практических требований производственных линий.

2D рентгеновская инспекция

• 2D-системы создают плоские изображения — идеальны для быстрой проверки сборок, измерения объема припоя и выявления основных дефектов в сборке печатной платы.
• Качественные рентгеновские изображения выявляют недостаточный объем припоя, отключенные контактные площадки, перемычки из припоя, а также отсутствующие или смещённые компоненты на простых платах.

2.5D инспекция

• Косое/угловое 2D-изображение обеспечивает дополнительную перспективу, что облегчает обнаружение дефектов в компонентах, таких как BGAs и сложные трассы.

3D рентгеновский контроль и компьютерная томография (CT)

• Полный 3D CT рентген позволяет выполнять виртуальное просвечивание слоев печатной платы, выявляя скрытые неисправности, такие как разрушенные переходные отверстия, микротрещины или внутренние короткие замыкания/обрывы в сложных конструкциях печатных плат.
• Передовые возможности рентгеновской инспекции поддерживают анализ многослойных структур, что идеально подходит для высоконадежных применений и применений, критичных с точки зрения безопасности.

Системы автоматизированного рентгеновского контроля (AXI)

Появление автоматизированных систем рентгеновского контроля (AXI) произвело революцию в индустрии производства печатных плат. Обеспечивая надежный и высокопроизводительный контроль на каждой производственной линии, эти системы способствуют технологическому прогрессу. Продвинутые системы используют робототехнику для полной автоматизации процесса контроля, включая обработку плат, сканирование изображений и классификацию дефектов. Эти системы могут стабильно обеспечивать быстрые и надёжные результаты контроля при минимальном вмешательстве человека.

Системы автоматизированного рентгеновского контроля используют сложные алгоритмы для выполнения анализа в реальном времени захваченных рентгеновских изображений.

Эти системы могут автоматически выявлять различные типичные дефекты, включая пустоты в припое, смещения компонентов, обрывы цепи и скрытые перемычки под корпусами BGA и в других критических областях. Интегрируя системы AXI в платформы управления качеством, заводы могут централизованно архивировать все данные рентгеновского контроля. Такое комплексное решение полностью фиксирует данные анализа тенденций дефектов и соответствующие корректирующие действия, обеспечивая замкнутую систему управления качеством.

Ключевые особенности AXI:

• Автоматизация повторяющихся задач контроля для минимизации затрат на рабочую силу.
• Обеспечивает более быстрый контроль каждой платы — критически важно для крупносерийного производства электроники с высокой номенклатурой.
• Повышает прослеживаемость за счет автоматического сбора данных и формирования отчетов для аудита и соответствия требованиям.
• Поддерживает интеграцию с MES/ERP для умного производства и инициатив Industry 4.0.

Основные компоненты рентгеновской установки для инспекции

Эффективная рентгеновская инспекционная машина для печатных плат и сборок печатных плат будет включать следующее:

• Источник рентгеновского излучения: Основной элемент, генерирующий рентгеновское излучение, с регулируемым напряжением для сверхтонких или толстых многослойных плат.
• Манипуляторы/роботизированная система обработки: Обеспечивает точное выравнивание и перемещение, позволяя сканировать всю поверхность и даже одновременно инспектировать несколько печатных плат или панелей.
• Система детектирования: Цифровые детекторные решетки высокого разрешения обеспечивают надежное обнаружение даже мельчайших или скрытых дефектов. Некоторые машины предлагают переключаемые режимы 2D/3D для максимальной гибкости.
• Программное обеспечение передовой обработки изображений: Передовые алгоритмы искусственного интеллекта и адаптивная пороговая обработка улучшают контрастность, анализируют слои и автоматически классифицируют типы дефектов.
• Интерфейс оператора: Управление сенсорным экраном, программируемые рецепты и прямой экспорт данных в MES/облако для отслеживаемых и проверяемых рабочих процессов.

Дефекты и проблемы, выявленные рентгеновским контролем печатных плат

Одним из самых убедительных аргументов в пользу использования рентгеновского контроля при обеспечении качества печатных плат является его способность выявлять производственные дефекты, которые другие методы контроля попросту не могут обнаружить. Ниже приведены проблемы, которые может обнаружить надежный рентгеновский контроль:

1. Пустоты в припое и недостаточный объем припоя: Во время процесса пайки оплавлением в паяных соединениях могут образовываться пустоты. Это явление нарушает как электрическую проводимость, так и механическую прочность соединений. Традиционные методы контроля не способны обнаружить такие внутренние дефекты. Рентгеновская технология контроля позволяет четко визуализировать всю внутреннюю структуру.

2. Межконтактные перемычки (замыкания): Особенно под корпусами с шариковыми выводами (BGA), где оптические или щуповые методы оказываются неэффективными, рентгеновские снимки позволяют выявить проблемы с соединениями, которые могут привести к катастрофическим отказам в условиях эксплуатации.

3. Неправильно установленные компоненты: Точно обнаруживает неправильно установленные или смещенные компоненты, оторванные выводы и эффект «камня на могиле» (tombstoning).

4. Разомкнутые цепи/внутренние трещины: Скрытые трещины между внутренними слоями или вдоль проводников, вызванные механическими или тепловыми напряжениями.

5. Заполненные/закрытые переходные отверстия (vias) и точечные дефекты (pinholes): Эта технология эффективно выявляет переходные отверстия с пустотами или неполным заполнением, что особенно важно для печатных плат с высокой плотностью монтажа и продуктов, использующих конструкции переходных отверстий в контактной площадке (via-in-pad).

6. Расслоение и отделение слоев: Слоистые изображения, полученные с помощью технологии 3D/КТ рентгеновского просвечивания, четко показывают расслоение или отслоение между слоями печатных плат. Этот метод быстро выявляет межслойные разрывы, которые трудно обнаружить традиционными способами.

Получение рентгеновских изображений: критически важный этап контроля качества печатных плат

Получение рентгеновских изображений высокого качества имеет первостепенное значение для надежного обнаружения дефектов. Современные системы оснащены такими функциями, как автоматическое управление экспозицией, программируемые траектории сканирования и регулировка фокуса, что позволяет адаптировать их под конкретные сборки печатных плат и типы компонентов.

Рекомендации по получению рентгеновских изображений:

• Используйте настройки высокого разрешения для плат со сложной топологией или в случаях, когда присутствуют критические компоненты, такие как корпуса BGA.
• Сравнивайте изображения с эталонной «эталонной платой», чтобы алгоритмы обнаружения дефектов могли точнее выявлять отклонения в технологическом процессе.
• Регулярно калибруйте вашу рентгеновскую инспекционную систему по известным контрольным образцам, чтобы обеспечить стабильное качество изображений и корректную классификацию дефектов.
• Архивируйте и аннотируйте изображения через вашу систему управления качеством, чтобы создать историческую базу данных для обеспечения соответствия требованиям и прослеживаемости.

Преимущества: автоматическая рентгеновская инспекция для контроля качества печатных плат

Автоматическая рентгеновская инспекция предоставляет уникальные преимущества, которых не могут достичь другие методы тестирования и контроля:

Преимущества рентгеновской инспекции

Советы по максимальному использованию этих преимуществ:

• Интегрируйте данные АРК с MES для создания интерактивных панелей мониторинга и немедленного оповещения о всплесках дефектов
• Используйте автоматизированную отчетность для контроля качества поставщиков.
• Планируйте периодические проверки записей рентгеновских снимков, чтобы выявлять тенденции в технологических процессах до их превращения в проблемы.

Как выбрать услуги или оборудование для рентгеновской инспекции

Ваш выбор определит надежность конечного продукта и эффективность вашего производство ПХБ процесса.

Практические соображения

• 2D-системы: Подходят для базовых производственных линий, быстрой проверки или в качестве дополнения к AOI.
• 3D/КТ: Необходимы для передовых, высокотехнологичных или ответственных применений с многослойными или плотными платами.
• Автоматизированная система рентгеновской инспекции: Для заводов высшего уровня и контрактных производителей, стремящихся к цели «нулевых дефектов», AXI является обязательным условием для обеспечения скорости и полноты контроля.

Спросите у поставщика услуг рентгеновской инспекции:

• Какой у вас опыт работы в отрасли печатных плат и электроники?
• Можете ли вы предоставить образцы отчетов и продемонстрировать классификацию дефектов на аналогичных сборках печатных плат?
• Как часто выполняется повторная калибровка систем и как вы храните архивы рентгеновских изображений?
• Соблюдаете ли вы международные стандарты по рентгеновскому излучению и качеству?

Часто задаваемые вопросы о рентгеновской инспекции печатных плат

Вопрос: Почему рентгеновская инспекция считается важнейшим этапом обеспечения качества сборок печатных плат?

Ответ: Рентгеновская инспекция позволяет просматривать сквозь слои и компоненты, выявляя скрытые дефекты — такие как пустоты, замыкания и смещения, — что гарантирует соответствие ваших печатных плат самым высоким отраслевым стандартам, которые традиционные методы инспекции не способны обеспечить.

Вопрос: Какие типы дефектов можно обнаружить только с помощью рентгеновской инспекции печатных плат?

A: Дефекты, такие как пустоты в припое под корпусами BGAs, расслоение между слоями печатной платы, заполненные переходные отверстия с внутренними пустотами, микротрещины в проводниках и незаметное несовпадение под крупными компонентами, можно обнаружить только с помощью рентгеновской инспекции.

В: Безопасна ли рентгеновская инспекция для моих печатных плат и операторов?

О: Да — современные рентгеновские инспекционные системы тщательно экранированы, а операторы строго соблюдают правила радиационной безопасности. Правильная настройка параметров обеспечивает защиту как компонентов, так и персонала.

В: Как рентгеновская инспекция повышает скорость и качество проверки?

О: Автоматизированные системы рентгеновской инспекции получают изображения высокого разрешения и анализируют их в течение нескольких секунд, обеспечивая стабильный контроль качества и устраняя узкие места по сравнению с более медленными ручными методами.

В: Всегда ли мне нужна 3D рентгеновская инспекция, или достаточно 2D систем?

2D-системы быстро справляются и являются экономически эффективными для многих типовых задач печатных плат, но 3D (КТ) рентген необходим для инспекции сложных печатных плат, многослойных HDI-плат или участков, где важна детализация по глубине — например, заполненные переходные отверстия, дефекты внутренних слоев или вертикальные стеки компонентов.

В: Как определить, насколько эффективна моя проверка в рамках производства печатных плат?

О: Если вы стабильно достигаете целевых показателей количества дефектов на миллион компонентов, имеете четкий архив рентгеновских изображений за исторический период и регулярно успешно проходите клиентские или регуляторные аудиты качества, значит ваш процесс контроля (особенно автоматизированный рентгеновский контроль) работает эффективно.

Заключение: Контроль качества и инспекция для надежных печатных плат

По мере того как электроника становится основой всех современных удобств — от медицинских приборов, спасающих жизни, до транспортных средств, которыми мы управляем, — обеспечение качества и надежности каждой печатной платы становится более важным, чем когда-либо. Рентгеновская инспекция является ключевым элементом этой надежности.

Используя современные технологии рентгеновской инспекции, включая методы 2D и 3D, производители, разработчики и специалисты по качеству печатных плат сегодня могут автоматизировать задачи контроля, достичь более высокой скорости инспекции и гарантировать, что скрытые дефекты никогда не попадут к заказчику.

Рентгеновская инспекция печатных плат обеспечивает детальный, неразрушающий осмотр самых сложных слоев и паяных соединений, позволяя получать своевременные и полезные данные в реальном времени в рамках современной системы управления качеством. Она устраняет недостатки традиционных методов контроля и играет ключевую роль в стратегиях контроля качества, гарантируя, что каждая партия представляет собой качественную сборку печатной платы.