RTG pregled ploščic PCB za nadzor kakovosti tiskanih vezij

Uvod

Ob stalnem razvoju v elektronski industriji ostaja proces pregledovanja temeljni del sistema kontrole kakovosti. Elektroinženirji so odgovorni za spremljanje kakovosti izdelkov. Vodje kakovosti morajo nadzorovati proizvodni tok. Dobavitelji pogodbenega montažiranja tiskanih vezij morajo upravljati s končnim izdelkom. Vsi udeleženci morajo zagotavljanje odličnih zmog preverjenih tiskanih vezij obravnavati kot svojo glavno odgovornost. Sodobne konstrukcije tiskanih vezij postajajo vedno bolj zapletene. Tehnologije gostega montažiranja zahtevajo natančno kontroliranje procesa. Naprednejši konstrukcijski standardi zahtevajo vedno višjo točnost pri izdelavi. Ti tehnološki napredek predstavlja nove izzive za zmogljivosti pregledovanja. Tradicionalne metode pregledovanja kažejo očitne omejitve zaznavanja. Težko učinkovito zaznajo napake pri lotu pod komponentami. Te mikroskopske napake se lahko nahajajo tudi v globini notranjih struktur komponent.

Tehnologija rentgenske kontrole prikazuje svojo značilno vrednost ravno na tem koraku. Tehnologija omogoča nedestruktivno notranje preiskovanje, zagotavlja podrobne slike z visoko ločljivostjo in natančno prikazuje notranjo strukturo tiskanih vezij. Treba je priznati, da se rentgenska kontrola razvila v nepogrešljivo jedrno testno tehnologijo. Vsi proizvajalci, ki se posvečajo izdelavi visokokakovostnih tiskanih vezij in elektronskih izdelkov, se morajo zanašati na to tehnologijo, da bi izpolnili najstrožje industrijske standarde.

Ta podrobni priročnik ima za cilj sistematično pojasniti osnovna delovna načela tehnologije rentgenskega pregleda. Podrobneje bo razložil pomembno vlogo, ki jo ta tehnologija igra v sistemih kontrole kakovosti, ter predstavil glavne metode pregleda, ki se pogosto uporabljajo v sodobni industrijski proizvodnji. Nadalje bomo analizirali bistvene funkcionalne značilnosti, ki jih mora imeti sodobna oprema za rentgenski pregled. V knjigi so predstavljene tudi praktične metode delovanja za pridobivanje visoko vrednostnih slik pregleda. Take slike lahko jasno razkrijejo različne skrite napake, ki so jih običajne metode pregleda pogosto nezmožne zaznati.

Pomembnost Rentgenska inspekcija za kakovostni nadzor

Elektronska industrija nenehno zahteva stabilno kakovost izdelkov, pospešene proizvodne cikle in zelo zanesljivo opremo. Te stroge zahteve so temeljito spremenile tradicionalno vlogo kontrole kakovosti. Sodobni proizvodni sistemi so kakovostni kontroli globoko integrirali v vsako bistveno fazo proizvodnje tiskanih vezij.

Zakaj? Rentgenska inspekcija ključnega za nadzor kakovosti pri izdelavi tiskanih vezij?

• Zapleteni dizajni tiskanih vezij: Današnja tiskana vezja imajo več plasti, manjše komponente, kot so BGA, in tesnejše lotne spoje na vsaki plošči. Tradicionalne metode pregleda – kot so vizualni pregled in AOI (samodejni optični pregled) – ne morejo dobro videti pod površino in zato pogosto spregledajo skrite praznine, notranje kratke stike ali premajhno zalivanje s soldom.
• Industrijski standardi: Regulativni okviri, kot so IPC-A-610, ISO 9001 in IATF 16949, zahtevajo temeljite postopke pregleda in dokumentiranje. Pregled z rentgenskim žarkom se lahko enostavno vključi v zahteve sistema za upravljanje kakovosti.
• Možnosti samodejnega pregleda: Sodobni samodejni sistemi za pregled z rentgenskim žarkom (AXI) omogočajo hitre, ponovljive in podrobne preglede vsake enote, ne glede na to, kako visoka je vaša proizvodna količina.
• Zajemanje rentgenskih slik: Le tehnologija rentgenskih žarkov omogoča notranje, večplastne in visokokontrastne slike, ki zaznajo napake in težave v procesu, ki jih druge metode ne morejo zaznati.
• Zanesljivost: Analiza okvar redno kaže, da je velik delež reklamacij na terenu posledica skritih zračnih mehurčkov v lotu, prekinjenih tokokrogov ali notranjega luščenja, kar je vse brez možnosti rentgenskega pregleda enostavno mogoče spregledati.

Zanašanje izključno na tradicionalne metode pregleda povzroča več težav. Ta pristop omogoči, da določene notranje napake ostanejo neopažene. Prav tako povzroča postopen upad splošne zanesljivosti tiskanih vezij. Končno se ti skriti tveganji pojavijo kot funkcijske okvare med dejansko uporabo izdelka. Rentgenska tehnologija pregleda zagotavlja ključno tehnično podporo za reševanje teh izzivov. Postala je nepogrešljivo jedrno rešitev za pregled pri testiranju sodobnih elektronskih izdelkov in validaciji proizvodnih procesov.

Tradicionalne metode pregleda proti rentgenski tehnologiji pregleda

Preden se bolj podrobno spustimo v rentgensko tehnologijo pregleda, si oglejmo, kako se primerja s klasičnimi nalogami pregleda:

Zakaj tradicionalne metode pregleda niso učinkovite

• Spajkanje BGA in notranjih ploščic Skriti spoji, ki jih ne morejo zaznati celo visokoločljivi AOI in mikroskopski probi.
• Večplastni tiskani vezovi in HDI ploščice: Prekinitve sledi znotraj ploščice in težave s polnjenjem prehodov v kontaktih so nevidne pri pregledu samo površine.
• Analiza vzrokov: Le zajemanje X-žariščnih slik omogoča zaznavanje napak, kot so odlepljevanje, dvignjeni kontakti znotraj plasti ali subtilne razlike v količini lema.
• Hitrost in avtomatizacija: Avtomatizirana X-žariščna kontrola omogoča hitrejše preglede in zmanjša ročno nadzorstvo, kar omogoča obdelavo večjih količin pri serijski proizvodnji.

Kako deluje X-žariščna kontrola: tehnologija, naloge in prednosti

Znanost za X-žariščno kontrolo

X-žariščna kontrola je preskusna metoda, ki uporablja X-žariščno sevanje za ustvarjanje energijskih valov, ki prodrejo skozi sestav PCB. Razlika v atomski masi med kovinami (kot sta leme ali baker) in organskimi materiali (FR-4, smola) ustvari vidno kontrastnost na X-žariščni sliki.

Naloge X-žariščne kontrole vključujejo:

• Pregled spajkanih spojev pod BGAs, QFNs, LGAs – komponente, kjer ploščice niso optično vidne.
• Zaznavanje napak notranjih slojev pri kompleksnih tiskanih vezjih, kot so odprti stiki, kratek stik in razplastitev.
• Količinska določitev volumna spajke in praznin.
• Ključno za nadzor kakovosti in pregled prototipov ter serijskih izdelkov.

Prednosti pred drugimi tehnologijami pregleda

• Nedestruktivno: Pregled ne poškoduje ali uniči tiskanih vezij.
• Avtomatizacija pregleda: Podpira hitrejše hitrosti pregleda, avtomatsko označevanje napak in ponovljive rezultate.
• Točna natančnost: Omogoča izboljšanje natančnosti pregleda z osredotočanjem slikanja na kritične BGA ali notranje območja.
• Integracija: Lahko je povezan s sistemi MES ali upravljanja kakovosti za sledljivost od proizvodnje do končnega izdelka.

Vrste rentgenskega pregleda pri izdelavi tiskanih vezij

Izbira primernih metod rentgenskega pregleda s strani podjetniških odločevalcev predstavlja celovit postopek ocenjevanja. Ta postopek zahteva hkratno upoštevanje določenih ciljev pregleda, fizičnih lastnosti tiskanih vezij in praktičnih zahtev proizvodnih linij.

2D rentgenski pregled

• 2D sistemi ustvarjajo ravne slike – odlični za hitro preverjanje sestavov, merjenje prostornine lota in odkrivanje večjih napak v sestavu tiskanega vezja.
• Rentgenske slike kakovosti označijo nezadosten lotev, nepovezane ploščice, mostičenje lota ter manjkajoče ali premaknjene komponente na enostavnih ploščah.

2,5D pregled

• Postrani/šikasti 2D posnetki ponujajo dodatno perspektivo, kar olajša odkrivanje napak pri komponentah, kot so BGAs in kompleksne sledi.

3D rentgen in računalniška tomografija (CT)

• Popoln 3D CT rentgen omogoča virtualno prečno rezanje platen PCB, kar razkrije skrite napake, kot so zrušeni vodni stolpci, mikropraski ali notranji kratki stiki/prekinjeni tokokrogi v kompleksnih konstrukcijah PCB.
• Napredne možnosti rentgenskega pregleda podpirajo analizo več slojev, kar je idealno za aplikacije z visoko zanesljivostjo in varnostno kritičnimi pogoji.

Sistemi avtomatiziranega rentgenskega pregleda (AXI)

Uvedba avtomatiziranih sistemov za rentgensko preiskavo (AXI) je prinesla revolucijo v industrijo proizvodnje tiskanih vezij. S pomočjo zanesljive in visoko učinkovite preverjanja na vsaki proizvodni liniji ti sistemi spodbujajo tehnološki napredek. Napredni sistemi uporabljajo robotiko za popolno avtomatizacijo procesa preverjanja, vključno z rokovanjem plošč, zajemanjem slik in klasifikacijo napak. Ti sistemi lahko dosledno zagotavljajo hitre in stabilne rezultate pregleda z minimalnim človeškim posegom.

Avtomatizirani sistemi za rentgensko preiskavo uporabljajo sofisticirane algoritme za izvajanje analize zajetih rentgenskih slik v realnem času.

Ti sistemi lahko samodejno prepoznajo različne tipične napake, vključno s prazninami pri lotu, napačnimi poravnavami komponent, odprtimi vezji in skritimi mostovi pod paketi BGA ter drugimi kritičnimi območji. Z integracijo sistemov AXI v platforme za upravljanje kakovosti lahko tovarne dosežejo centralizirano arhiviranje vseh podatkov rentgenskega pregleda. Ta integrirana rešitev celovito beleži podatke o analizi trendov napak in ustrezne ukrepe za odpravo, s čimer uveljavlja zaprt sistem upravljanja kakovosti.

Ključne prednosti AXI:

• Avtomatizacija ponavljajočih se preglednih nalog za zmanjšanje stroškov dela.
• Omogoča hitrejši pregled vsake tiskane plošče – ključno za velikoserijsko in visokomiksno proizvodnjo elektronike.
• Ponuja izboljšano sledljivost z avtomatiziranim zajemanjem podatkov in poročanjem za revizije in skladnost.
• Podpira integracijo z MES/ERP za pametno proizvodnjo in pobude Industry 4.0.

Ključne komponente stroja za rentgenski pregled

Učinkovit rentgenski pregledovalni stroj za tiskane vezove in sestave tiskanih vezov bo vključeval naslednje:

• Rentgenski vir: Osnovni element, ki ustvarja rentgensko sevanje, z nastavljivim napetostnim omogočilom za izredno drobne ali debele večplastne plošče.
• Manipulatorji/robotizirano rokovanje: Z zagotavlja natančno poravnavo in premikanje, kar omogoča skeniranje celotnega območja ter celo hkratni pregled več tiskanih vezov ali plošč.
• Detekcijski sistem: Digitalna detektorska polja z visoko ločljivostjo omogočajo učinkovito »zajemanje« celo najmanjših ali skritih napak. Nekateri stroji ponujajo preklapljive 2D/3D načine za največjo fleksibilnost.
• Napreden programski paket za obdelavo slik: Napredni algoritmi umetne inteligence in prilagodljivo določanje pragov izboljšajo kontrast, analizirajo plasti in samodejno razvrščajo vrste napak.
• Uporabniški vmesnik: Kontrola prek dotikalne plošče, programirljivi recepti in neposredno izvažanje podatkov v MES/oblak za sledljive in pregledne delovne postopke.

Napake in težave, zaznane s pomočjo rentgenskega pregleda tiskanih vezij (PCB)

Eden najmočnejših argumentov za uporabo rentgenskega pregleda pri kontroli kakovosti tiskanih vezij je njegova sposobnost razkriti proizvodne napake, ki jih druge tehnologije pregleda preprosto ne morejo zaznati. Tukaj je, kaj lahko zaznajo zmogljive možnosti rentgenskega pregleda:

1. Solder Voids and Insufficient Solder: Med procesom reflow zalitja nastanejo praznine znotraj zalitih spojev. To pojavljanje škoduje tako električni povezavi kot mehanski trdnosti spojev. Konvencionalne metode pregleda teh notranjih napak ne morejo zaznati. Rentgenska tehnologija omogoča jasno sliko celotne notranje strukture.

2. Solder Bridges/Shorts: Še posebej pod BGAs—kjer optične ali sonde temeljice metode odpovejo—rentgenski posnetki razkrijejo težave s povezovanjem, ki lahko povzročijo katastrofalne napake v uporabi.

3. Nepravilno poravnani komponenti: Natančno zazna napačno postavljene ali nagnjene komponente, dvignjene izvode in pojav tombstoning.

4. Odprti tokokrogi/notranje razpoke: Skrite razpoke med notranjimi plastmi ali vzdolž sledi zaradi mehanskega ali toplotnega napetosti.

5. Zapolnjeni/vdelani prehodni kontakti in pike: Ta tehnologija učinkovito zazna prehodne kontakte s prazninami ali nepopolnim zapolnjevanjem, kar je še posebej pomembno za plošče z visoko gostoto povezav in izdelke, ki uporabljajo konstrukcijo prehodnih kontaktov na ploskvah.

6. Razslojevanje in ločevanje plasti: Plastne poglede, pridobljene s 3D/CT rentgensko slikanjem, jasno razkrijejo razslojevanje ali ločevanje med plastmi tiskanih vezij. Ta metoda hitro zazna težave z ločevanjem med plastmi, ki jih s konvencionalnimi metodami težko odkrijemo.

Sprejemanje rentgenskih slik: ključno za kakovostno pregledovanje tiskanih vezij

Zajemanje visokokakovostnih rentgenskih slik je temelj za zanesljivo zaznavanje napak. Sodobni sistemi ponujajo funkcije, kot so avtomatsko krmiljenje izpostavljenosti, programirljive poti skeniranja in prilagodljiv fokus, da se prilagodijo določenim sestavom tiskanih vezij in tipom komponent.

Najboljše prakse pri zajemanju rentgenskih slik:

• Uporabite nastavitve z visoko ločljivostjo za plošče z drobnimi elementi ali tam, kjer so prisotne kritične komponente, kot so BGA-ji.
• Uporabite reference »zlatih plošč«, da algoritmi za zaznavanje napak lahko natančneje ugotovijo odstopanja v procesu.
• Redno kalibrirajte svoj rentgenski pregledovalni stroj z znanimi testnimi vzorci, da zagotovite dosledno kakovost slik in klasifikacijo napak.
• Arhivirajte in opisujte slike prek sistema za upravljanje kakovosti, da ustvarite zgodovinski zapis za skladnost in sledljivost.

Prednosti: avtomatizirano rentgensko preverjanje za nadzor kakovosti tiskanih vezij

Avtomatizirano rentgensko preverjanje ponuja edinstvene prednosti, ki jih druge metode testiranja in pregledovanja ne morejo primerjati:

Prednosti rentgenskega preverjanja

Namigi za maksimiranje teh koristi:

• Integrierajte podatke AXI z MES za žive nadzorne plošče in takojšnja obvestila o porastu napak.
• Uporabite avtomatizirano poročanje za spremljanje kakovosti dobaviteljev.
• Načrtujte občasne preglede posnetkov rentgenskih slik, da boste lahko prepoznali trende v procesih, preden postanejo težave.

Kako izbrati storitve ali naprave za pregled z rentgenskim žarkom

Vaša izbira bo oblikovala zanesljivost končnega izdelka in učinkovitost vašega proizvodnja PCB delovnem procesu.

Praktične razprave

• 2D sistemi: Primerni za osnovne proizvodne linije, hitro presejanje ali kot dopolnilo za AOI.
• 3D/CT: Nujni za napredne, visoko vrednostne ali varnostne aplikacije z večplastnimi ali visokozgostotnimi ploščami.
• Avtomatiziran sistem za pregled z rentgenskim žarkom: Za tovarne in pogodbenike najvišjega nivoja, ki si prizadevajo za cilj nič napak, je AXI nesporen glede hitrosti in pokritosti.

Vprašajte svojega ponudnika storitev rentgenske kontrole:

• Kakšna je vaša izkušnja v industriji tiskanih vezij in elektronike?
• Ali lahko delite vzorce poročil in prikažete klasifikacijo napak na podobnih sestavih tiskanih vezij?
• Kako pogosto se sistemi ponovno kalibrirajo in kako ravnavate z arhivi rentgenskih slik?
• Ali sledite mednarodnim standardom za rentgensko sevanje in kakovost?

Pogosta vprašanja o rentgenski kontroli tiskanih vezij

V: Zakaj velja rentgenska kontrola za ključno za kakovost pri sestavi tiskanih vezij?

O: Rentgenska kontrola lahko »vidi« skozi plasti in komponente ter prepozna skrite napake – kot so praznine, kratek stik in nepravilne poravnave – in tako zagotovi, da vaše tiskane plošče ustrezajo najvišjim industrijskim standardom, ki jih tradicionalne metode kontrole spregledajo.

V: Katere vrste napak lahko zaznamo le z rentgensko kontrolo tiskanih vezij?

A: Napake, kot so praznine pod spajkanjem pri BGAs, odlaminacija med plastmi tiskanega vezja, polnjene prehodne luknje z notranjimi prazninami, mikropraski na sledih in subtilna nepravilna poravnava pod velikimi komponentami, so vidne le s tehnologijami rentgenskega pregleda.

V: Ali je rentgenski pregled varen za moja tiskana vezja in za operaterje?

A: Da – sodobni rentgenski pregledni sistemi so temeljito ekranirani in operaterji sledijo strogi zakonodaji glede varnosti pred sevanjem. Ustrezne nastavitve zagotavljajo zaščito tako komponent kot ljudi.

V: Kako rentgenski pregled izboljša hitrost in kakovost pregleda?

A: Avtomatizirani sistemi rentgenskega pregleda zajamejo slike visoke ločljivosti in jih analizirajo v nekaj sekundah, kar omogoča dosledne preglede kakovosti ter zmanjšuje zamaikanja v primerjavi s počasnejšimi ročnimi metodami.

V: Ali vedno potrebujem 3D rentgenski pregled ali so 2D rentgenski sistemi dovolj?

A: 2D sistemi so hitri in cenovno učinkoviti za številne tipične naloge pri tiskanih vezjih, vendar je 3D (CT) rentgen nujen za pregled kompleksnih tiskanih vezij, HDI slojev ali področij, kjer je pomembna globinska podrobnost – na primer pri polnjenih prehodih, napakah notranjih slojev ali navpičnih skupinah komponent.

V: Kako lahko ugotovim, ali je moj pregled kot del proizvodnje tiskanih vezij učinkovit?

A: Če redno dosegate ciljne vrednosti napak v milijoni enot, imate jasne arhive zgodovinskih rentgenskih slik in redno uspešno opravljate kakovostne audite strank ali nadzornih organov, potem vaš postopek pregleda (zlasti avtomatiziranega rentgenskega pregleda) deluje.

Zaključek: Kontrola kakovosti in pregled za zanesljiva tiskana vezja

Ko elektronika postaja temelj vsake sodobne udobje, od življenje rešujočih medicinskih naprav do vozil, ki jih vožemo, zagotavljanje kakovosti in zanesljivosti vsakega tiskanega vezja postaja vedno pomembnejše. Rentgenski pregled je ključnega pomena za to zanesljivost.

Z uporabo najnovejših tehnologij za rentgensko preiskavo – vključno z metodami 2D in 3D – lahko proizvajalci, oblikovalci in inženirji kakovosti sodobnih tiskanih vezij avtomatizirajo naloge pri pregledovanju, dosežejo hitrejše hitrosti pregledovanja ter zagotovijo, da skrite napake nikoli ne pridejo do kupca.

Rentgenska preiskava tiskanih vezij omogoča podroben, nenaravnostni pogled v notranjost najzahtevnejših plasti in lotnih spojev ter omogoča takojšnje, uporabne povratne informacije kot del sodobnega sistema upravljanja s kakovostjo. S tem odpravlja pomanjkljivosti tam, kjer tradicionalne metode pregledovanja ne uspejo, in igra ključno vlogo pri strategijah kontrole kakovosti ter pregledovanja, ki zagotavljajo, da je vsaka serija kakovostna montaža tiskanega vezja.