Рентгенівський контроль ПЛІТ для контролю якості друкованих плат

Вступ

На тлі постійних інновацій у електронній промисловості процес перевірки залишається основою системи контролю якості. Інженери-електронники відповідальні за моніторинг якості продукції. Керівники з якості мають контролювати виробничий процес. Виробники друкованих плат за контрактом повинні контролювати кінцевий випуск продукції. Усі зацікавлені сторони мають вважати забезпечення високих експлуатаційних характеристик друкованих плат своїм головним завданням. Сучасні конструкції друкованих плат стають все складнішими. Технології високощільної компоновки вимагають точного технологічного контролю. Складніші технічні специфікації постійно зумовлюють підвищення точності виготовлення. Ці технологічні досягнення створюють нові виклики для можливостей інспектування. Традиційні методи перевірки мають помітні обмеження у виявленні дефектів. Вони неефективні у виявленні дефектів паяння, розташованих під компонентами. Ці мікроскопічні дефекти також можуть перебувати глибоко всередині структури компонентів.

Технологія рентгенівського контролю демонструє свою унікальну цінність саме на цьому етапі. Ця технологія дозволяє проводити неруйнівне внутрішнє дослідження, забезпечує детальні зображення високої роздільної здатності та точно відображає внутрішню структуру друкованих плат. Слід визнати, що рентгенівський контроль перетворився на обов’язкову основну технологію тестування. Усі виробники, які прагнуть випускати високоякісні друковані плати та електронні продукти, мають покладатися на цю технологію, щоб відповідати найсуворішим галузевим стандартам.

Цей детальний посібник має на меті систематично пояснити основні принципи роботи технології рентгенівського контролю. У ньому розглянуто ключову роль цієї технології в системах контролю якості та представлено основні методи контролю, що широко використовуються в сучасному промисловому виробництві. Крім того, проаналізовано основні функціональні можливості, якими повинне володіти сучасне обладнання для рентгенівського контролю. У книзі також наведено практичні методи отримання інформативних знімків. Такі зображення чітко демонструють різні приховані дефекти, які зазвичай не вдається виявити за допомогою традиційних методів контролю.

Значення Рентгенівська перевірка для контролю якості

Електронна промисловість постійно вимагає стабільної якості продукції, скорочення виробничих циклів і високонадійного обладнання. Ці жорсткі вимоги кардинально змінили традиційну роль контролю якості. Сучасні виробничі системи глибоко інтегрували контроль якості на кожному етапі виробництва друкованих плат.

Чому Рентгенівська перевірка необхідний для контролю якості виробництва друкованих плат?

• Складні конструкції друкованих плат: Сучасні друковані плати мають більше шарів, менші компоненти, такі як BGAs, і щільніші паяльні з'єднання на кожній платі. Традиційні методи перевірки — наприклад, візуальний огляд та AOI (автоматична оптична інспекція) — не можуть заглянути під поверхню й пропускають приховані порожнини, внутрішні замикання або недостатнє кількість припою.
• Стандарти галузі: Нормативні рамки, такі як IPC-A-610, ISO 9001 та IATF 16949, вимагають ретельних процесів інспекції та документування. Інспекція за допомогою рентгенівського випромінювання легко інтегрується з вимогами системи управління якістю.
• Можливості автоматизованої інспекції: Сучасні автоматизовані системи рентгенівської інспекції (AXI) забезпечують швидку, повторювану та детальну перевірку кожного виробу, незалежно від обсягу вашого виробництва.
• Отримання рентгенівських знімків: Лише рентгенівська технологія може надавати внутрішні, багатошарові та висококонтрастні зображення, які фіксують дефекти та проблеми процесу, невидимі для інших методів.
• Надійність: Аналіз відмов послідовно показує, що велика кількість повернень від споживачів пов'язана з прихованими порожнинами у паянні, обривами ланцюга або внутрішнім розшаруванням, які легко пропустити без можливості рентгенівського контролю.

Використання виключно традиційних методів перевірки призводить до кількох проблем. Такий підхід дозволяє певним внутрішнім дефектам залишатися непоміченими. Це також призводить до поступового зниження загальної надійності друкованих плат. Зрештою, ці приховані ризики проявляються у вигляді функціональних відмов під час реального використання продукту. Технологія рентгенівського контролю забезпечує ключову технічну підтримку для вирішення цих завдань. Ця технологія стала незамінним основним рішенням для контролю сучасного електронного тестування продуктів та підтвердження процесів виробництва.

Традиційні методи інспектування проти технології рентгенівського контролю

Перш ніж глибше зануритися в технологію рентгенівського контролю, подивимося, як вона порівнюється з класичними завданнями інспектування:

Чому традиційні методи інспектування недостатні

• Пайка BGA та внутрішніх контактних майданчиків Приховані з'єднання, які навіть високоякісні системи АОІ та мікроскопи не можуть виявити.
• Багатошарові друковані плати та HDI-плати: Розриви внутрішніх трас та проблеми із заповненням переходів у контактних майданчиках є невидимими при поверхневому контролі.
• Аналіз корень-причини: Лише отримання знімків за допомогою рентгенівського випромінювання дозволяє виявити дефекти, такі як розшарування, відірвані контактні майданчики всередині шарів або незначні відмінності в об’ємі припою.
• Швидкість та автоматизація: Автоматизований рентгенівський контроль забезпечує більшу швидкість перевірки та зменшує потребу в ручному огляді, що дозволяє масштабувати виробництво.

Як працює рентгенівський контроль: технологія, завдання та переваги

Наукова основа рентгенівського контролю

Рентгенівський контроль — це метод тестування, який використовує рентгенівське випромінювання для генерації енергетичних хвиль, що проникають крізь збірку друкованої плати. Різниця в атомній вазі між металами (наприклад, припоєм або міддю) та органічними матеріалами (FR-4, смола) створює видимий контраст на рентгенівському знімку.

Завдання рентгенівського контролю включають:

• Інспектування паяних з'єднань під BGAs, QFNs, LGAs — компонентами, у яких контактні площадки не є оптично видимими.
• Виявлення дефектів внутрішніх шарів складних друкованих плат, таких як обриви, замикання та розшарування.
• Визначення об’ємів припою та наявності порожнин.
• Критично важливо для контролю якості та інспектування як прототипів, так і великосерійних виробів.

Переваги порівняно з іншими технологіями інспектування

• Неруйнівне: Інспектування не пошкоджує та не знищує друковані плати.
• Автоматизація інспектування: Дозволяє скоротити час інспекції, автоматично відзначати дефекти та забезпечує відтворюваність результатів.
• Точність локалізації: Дозволяє поліпшити точність інспекції, фокусуючи зображення на критичних BGA або внутрішніх областях.
• Інтеграція: Можуть бути пов'язані з МЕС або системами управління якістю для відстеження від виробництва до кінцевого продукту.

Типи рентгенівської інспекції у виробництві ПКЖ

Вибір відповідних методів рентгенівської інспекції, що здійснюються корпоративними особами, що приймають рішення, є комплексним процесом оцінки. Цей процес вимагає одночасної розгляду конкретних цілей інспекції, фізичних характеристик платок об'єкта та практичних вимог виробничих ліній.

2D рентгенівська перевірка

• 2D системи виробляють плоскі зображення відмінно підходять для швидкого скринінгу складів, вимірювання об'єму спою і виявлення основних дефектів у складі ПКБ.
• Якісні рентгенівські знімки вказують на недостатню спою, відключені підкладки, спою мости, а також відсутні або зрушені компоненти на простих дошках.

2.5D Інспекція

• Похиле/кутове 2D-зображення надає додаткову перспективу, що полегшує виявлення дефектів у компонентах, таких як BGAs та складні траси.

3D рентгенівське знімання та комп'ютерна томографія (КТ)

• Повне 3D КТ-рентгенівське знімання дозволяє виконувати віртуальні поперечні перерізи шарів друкованих плат, виявляючи приховані несправності, такі як зімнуті переходи, мікротріщини чи внутрішні короткі замикання/обриви в складних конструкціях друкованих плат.
• Сучасні можливості рентгенівського контролю забезпечують аналіз багатошарових структур, що ідеально підходить для застосувань із високою надійністю та критичними вимогами безпеки.

Системи автоматизованого рентгенівського контролю (AXI)

З'явлення автоматизованих систем рентгенівського контролю (AXI) призвело до революції в індустрії виробництва друкованих плат. Завдяки забезпеченню надійного та високоефективного контролю на кожній виробничій лінії, ці системи сприяють технологічному прогресу. Сучасні системи використовують робототехніку для повної автоматизації процесу контролю, включаючи обробку плат, сканування зображення та класифікацію дефектів. Ці системи можуть стабільно забезпечувати швидкі результати контролю з мінімальним втручанням людини.

Автоматизовані системи рентгенівського контролю використовують складні алгоритми для виконання аналізу в реальному часі отриманих рентгенівських зображень.

Ці системи можуть автоматично виявляти різні типові дефекти, включаючи пустоти у припоях, неправильне розташування компонентів, обриви ланцюгів та приховані мостики під корпусами BGA та іншими критичними ділянками. Інтегруючи системи AXI до платформ управління якістю, підприємства можуть централізовано архівувати всі дані рентгенівського контролю. Це комплексне рішення повністю фіксує дані аналізу тенденцій дефектів та відповідних коригувальних заходів, створюючи замкнену систему управління якістю.

Ключові особливості AXI:

• Автоматизація повторюваних завдань контролю для мінімізації витрат на робочу силу.
• Дозволяє швидше перевіряти кожну плату — критично важливо для масового виробництва електроніки з високим різноманіттям продукції.
• Забезпечує покращену відстежуваність за рахунок автоматизованого збору даних і формування звітів для перевірок та відповідності вимогам.
• Підтримує інтеграцію з MES/ERP для розумного виробництва та ініціатив Industry 4.0.

Основні компоненти рентгенівської установки для контролю

Ефективна машина для рентгенівського контролю друкованих плат та їх збірок повинна мати наступне:

• Джерело рентгенівського випромінювання: Основний елемент, що генерує рентгенівське випромінювання, з регульованою напругою для дуже тонких або товстих багатошарових плат.
• Маніпулятори/роботизоване обладнання: Забезпечує точне позиціонування та переміщення, дозволяючи сканування всієї області та навіть одночасний контроль кількох друкованих плат або панелей.
• Система детектування: Цифрові детекторні масиви з високою роздільною здатністю забезпечують надійне виявлення навіть найменших або прихованих дефектів. Деякі машини пропонують перемикання між 2D/3D режимами для максимальної гнучкості.
• Програмне забезпечення обробки зображень: Сучасні алгоритми штучного інтелекту та адаптивна порогова обробка покращують контрастність, аналізують шари та автоматично класифікують типи дефектів.
• Інтерфейс оператора: Керування сенсорним екраном, програмовані рецепти та прямий експорт даних у MES/хмару для відстежуваних і перевірених робочих процесів.

Дефекти та проблеми, виявлені рентгенівським контролем PCB

Одним із найпереконливіших аргументів на користь використання рентгенівського контролю у забезпеченні якості друкованих плат є його здатність виявляти технологічні проблеми, які інші методи контролю просто не можуть побачити. Ось що може виявити потужний рентгенівський контроль:

1. Порожнини у припоях та недостатня кількість припою: Під час процесу паяння оплавленням у з'єднаннях припою утворюються порожнини. Це явище погіршує як електричне з'єднання, так і механічну міцність контактів. Традиційні методи контролю не можуть виявити ці внутрішні дефекти. Рентгенівська технологія дозволяє чітко візуалізувати повну внутрішню структуру.

2. Мостики з припою / замикання: Особливо під BGA-корпусами — де оптичні або зондові методи є неефективними — рентгенівські знімки виявляють проблеми з'єднання, які можуть призвести до катастрофічних відмов у експлуатації.

3. Невірно встановлені компоненти: Точне виявлення неправильно встановлених або перекошених компонентів, піднятих виводів та ефекту «тумбочки».

4. Розімкнуті ланцюги/внутрішні тріщини: Приховані тріщини між внутрішніми шарами або уздовж доріжок, спричинені механічним або термічним напруженням.

5. Заповнені/закопані переходи та пінхоли: Ця технологія ефективно виявляє переходи з порожнинами або неповним заповненням, що особливо важливо для плат із високою щільністю монтажу та продуктів із конструкціями переходів у контактних майданчиках.

6. Розшарування та розділення шарів: Шарові зображення, отримані за допомогою 3D/КТ-рентгенівської технології, чітко показують розшарування або відшарування між шарами друкованих плат. Цей метод швидко виявляє проблеми міжшарового розділення, які важко виявити звичайними способами.

Отримання рентгенівських знімків: критично важливо для якісного контролю друкованих плат

Отримання високоякісних рентгенівських зображень є основою надійного виявлення дефектів. Сучасні системи пропонують такі функції, як автоматичне керування експозицією, програмовані траєкторії сканування та регульована фокусування, щоб відповідати конкретним збіркам друкованих плат і типам компонентів.

Найкращі практики отримання рентгенівських зображень:

• Використовуйте налаштування високої роздільної здатності для плат із дрібними елементами або там, де присутні критичні компоненти, такі як BGAs.
• Звертайтеся до зображень «еталонної плати», щоб алгоритми виявлення дефектів могли точніше виявляти відхилення у процесі.
• Регулярно калібруйте вашу рентгенівську інспектувальну машину за допомогою відомих тестових зразків, щоб забезпечити постійну якість зображень та правильну класифікацію дефектів.
• Архівуйте та анотовуйте зображення через вашу систему управління якістю, щоб створити історичний запис для відповідності вимогам та можливості відстеження.

Переваги: автоматичний рентгенівський контроль для контролю якості друкованих плат

Автоматичний рентгенівський контроль забезпечує унікальні переваги, яких не можуть забезпечити інші методи тестування та інспекції:

Переваги рентгенівського контролю

Поради щодо максимізації цих переваг:

• Інтегруйте дані AXI з MES для створення інтерактивних панелей і негайного сповіщення про зростання кількості дефектів
• Використовуйте автоматизоване звітування для контролю якості постачальників.
• Заплануйте періодичний огляд записів рентгенівських знімків, щоб виявляти тенденції процесу до того, як вони стануть проблемою.

Як обрати послуги або обладнання для рентгенівського контролю

Ваш вибір впливатиме на надійність кінцевого продукту та ефективність вашого виробництво ПКБ робочого процесу.

Практичні розгляди

• 2D-системи: Придатні для базових виробничих ліній, швидкого скринінгу або як доповнення до AOI.
• 3D/КТ: Необхідні для передових, високоефективних або безпечних застосувань із багатошаровими або високощільними платами.
• Автоматизована система рентгенівського контролю: Для заводів вищого рівня та контрактних виробників, що прагнуть досягти мети «нуль дефектів», AXI є обов’язковим для швидкості та охоплення.

Запитайте у постачальника послуг з рентгенівського контролю:

• Який у вас досвід роботи в галузі PCB та електроніки?
• Чи можете ви надати зразки звітів і продемонструвати класифікацію дефектів на аналогічних збірках PCB?
• Як часто виконується повторна калібрування систем і як ви обробляєте архіви рентгенівських знімків?
• Чи дотримуєтесь ви міжнародних стандартів якості та випромінювання рентгенівських променів?

Поширені запитання про рентгенівський контроль PCB

Питання: Чому рентгенівський контроль вважається важливим для забезпечення якості збірок PCB?

Відповідь: Рентгенівський контроль може «бачити» крізь шари та компоненти, виявляючи приховані проблеми — такі як порожнини, замикання та зміщення — і забезпечуючи відповідність ваших друкованих плат найвищим галузевим стандартам, які упускають традиційні методи контролю.

Питання: Які типи дефектів можна виявити лише за допомогою рентгенівського контролю PCB?

A: Дефекти, такі як пустоти у припоях під корпусами BGAs, розшарування між шарами друкованих плат, заповнені віа з внутрішніми пустотами, мікротріщини в провідниках і незначні зміщення під великими компонентами, видно лише за допомогою технологій рентгенівського контролю.

П: Чи безпечний рентгенівський контроль для моїх друкованих плат і операторів?

В: Так — сучасні рентгенівські установки для контролю повністю екрановані, а оператори дотримуються суворих правил радіаційної безпеки. Правильні налаштування забезпечують захист як компонентів, так і людей.

П: Як рентгенівський контроль покращує швидкість та якість перевірки?

В: Автоматизовані системи рентгенівського контролю отримують зображення з високою роздільною здатністю та аналізують їх протягом кількох секунд, забезпечуючи стабільну якість контролю та зменшуючи вузькі місця порівняно з повільнішими ручними методами.

П: Чи завжди потрібна 3D рентгенографія, чи достатньо 2D систем?

2D-системи швидкі та економічно вигідні для багатьох типових завдань із виробництва друкованих плат, але 3D (КТ) рентген необхідний для перевірки складних друкованих плат, шарів HDI чи ділянок, де важлива глибина деталей — наприклад, заповнені переходи, пошкодження внутрішніх шарів чи вертикальні стеки компонентів.

Питання: Як дізнатися, чи ефективна моя перевірка як частина виробництва друкованих плат?

Відповідь: Якщо ви стабільно досягаєте цільових показників кількості дефектів на мільйон одиниць, маєте чіткий архів історичних рентгенівських знімків і регулярно проходите клієнтські або регуляторні перевірки якості, ваш процес контролю (особливо автоматизована рентгенівська інспектування) працює ефективно.

Висновок: Контроль якості та інспекція для надійних друкованих плат

Оскільки електроніка стає основою для кожного сучасного блага, від життєво важливих медичних пристроїв до транспортних засобів, якими ми керуємо, забезпечення якості та надійності кожної друкованої плати є важливішим, ніж будь-коли. Рентгенівська інспекція є ключовим елементом цієї надійності.

Використовуючи сучасні технології рентгенівського контролю, у тому числі методи 2D та 3D, сьогоднішні виробники, конструктори та інженери з якості плат можуть автоматизувати завдання перевірки, досягти більшої швидкості контролю та гарантувати, що приховані дефекти ніколи не потраплять до клієнта.

Рентгенівський контроль друкованих плат забезпечує детальний, неруйнівний погляд всередину найскладніших шарів і паяних з'єднань, даючи можливість отримувати актуальний, дієвий зворотний зв'язок у реальному часі в рамках сучасної системи управління якістю. Це компенсує недоліки традиційних методів контролю та відіграє ключову роль у стратегіях контролю якості, які забезпечують високоякісну збірку кожної партії друкованих плат.