Warum ist die Röntgeninspektionstechnologie in der Leiterplattenbestückung so wichtig?

Röntgeninspektionstechnologie, üblicherweise bezeichnet alsAutomatisierte Röntgeninspektion (AXI), ist eine Technologie, die verwendet wird, um die verborgenen Merkmale von Zielobjekten oder Produkten mit Röntgenstrahlen als Quelle zu inspizieren. Heutzutage wird die Röntgeninspektion in vielen Anwendungen wie Medizin, industrieller Steuerung und Luft- und Raumfahrt weit verbreitet eingesetzt. Bei der Leiterplatteninspektion wird Röntgenstrahlung in großem Umfang im Prozess der Leiterplattenbestückung verwendet, um die Qualität der Leiterplatten zu testen, was einer der wichtigsten Schritte für qualitätsorientierte Leiterplattenhersteller ist.

Nichts kann blind geliebt werden. Deshalb wird dieser Abschnitt erklären, warum die Röntgeninspektionstechnologie so wichtig ist inLeiterplattenbestückung.

Technologische Entwicklungen treiben die Röntgentechnik voran

In den letzten Jahren werden Flächenarray-Gehäuse wie BGAs und QFNs, Flip-Chips und CSPs in allen möglichen Bereichen wie Industrieautomation, Kommunikation, Militärindustrie, Luft- und Raumfahrt usw. weit verbreitet eingesetzt, wodurch die Lötstellen unter den Gehäusen verborgen sind. Diese Tatsache macht es für herkömmliche Inspektionsgeräte unmöglich, ihre Rolle bei der Leiterplatteninspektion perfekt zu erfüllen. Darüber hinaus seit dem Auftreten vonOberflächenmontagetechnik (SMT)Dadurch werden sowohl die Gehäuse als auch die Leiterbahnen kleiner, und herkömmliche Inspektionsmethoden wie optische, ultraschall- und thermische Bildgebung sind unzureichend, da Leiterplatten eine höhere Dichte aufweisen, ihre Lötstellen verdeckt sind und Bohrungen vergraben oder blind liegen. Darüber hinaus darf bei der zunehmenden Miniaturisierung von Halbleitergehäusen und bei der Betrachtung von Röntgeninspektionssystemen der Trend zur Miniaturisierung von Bauteilen in Gegenwart und Zukunft nicht vernachlässigt werden.Im Vergleich zu anderen Inspektionsmethoden ist Röntgen in der Lage, in die innere Verpackung einzudringen und die Qualität der Lötstellen zu überprüfen. Deshalb wird diese Methode ausgewählt.

Prinzipien der Röntgeninspektion

Röntgenstrahlen haben den einzigartigen Vorteil, dass Materialien Röntgenstrahlen proportional zu ihrem Atomgewicht absorbieren und alle Materialien die Röntgenstrahlung unterschiedlich absorbieren, abhängig von ihrer Dichte, Ordnungszahl und Dicke. Allgemein gesagt absorbieren Materialien, die aus schwereren Elementen bestehen, mehr Röntgenstrahlen und sind leichter abzubilden, während Materialien aus leichteren Elementen für Röntgenstrahlen durchlässiger sind. Daher wird ein gewöhnliches Röntgeninspektionsbild wie in Abbildung 1 dargestellt.

Aus dieser Abbildung geht hervor, dass das dunkelschwarze Bild auf ein Material aus schweren Elementen hinweist, während das transparente oder relativ weiße Bild auf ein Material aus leichten Elementen verweist. Daher eignet sich die Röntgeninspektion besonders gut zur Erkennung versteckter Defekte wie Unterbrechungen, Kurzschlüssen, Fehlausrichtungen, fehlenden elektrischen Bauteilen und so weiter.

Alle Röntgeninspektionsgeräte bestehen aus den folgenden drei Elementen:
a. Röntgenröhre. Sie ist in der Lage, Röntgenstrahlen zu erzeugen.
b. Eine Probenbetriebsplattform. Sie ist in der Lage, sich mit einer Probe zu bewegen, sodass die Probe aus verschiedenen Winkeln betrachtet und die Vergrößerung angepasst werden kann. Auch eine Inspektion aus schrägem Winkel ist möglich.
c. Ein Detektor. Er ist in der Lage, die durch die Probe tretenden Röntgenstrahlen aufzufangen und sie in ein für die Benutzer verständliches Bild umzuwandeln.

Das Inspektionsprinzip aller Röntgeninspektionsgeräte ist das Röntgenprojektionsmikroskop. Der Prozess beginnt mit der Erzeugung von Röntgenstrahlen durch die Röntgenröhre, die durch die zu inspizierenden Leiterplatten (PCBs) hindurchtreten. Da verschiedene Materialien aufgrund ihrer Materialeigenschaften und Ordnungszahlen unterschiedliche Röntgenabsorptionen aufweisen, entsteht auf den Detektoren eine Projektion. Je höher die Dichte ist, desto dunkler ist der Schatten. Der Schatten befindet sich größtenteils nahe an der Röntgenröhre und umgekehrt.

Daher muss das ideale Röntgeninspektionssystem klare Röntgenbilder liefern, um die notwendigen Informationen im Prozess der Defektanalyse bereitzustellen. Zu diesem Zweck muss ein Röntgeninspektionssystem über eine ausreichende Vergrößerung verfügen, um den aktuellen und zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden. Außerdem muss für die Analyse von BGAs und CSPs eine Schrägansicht-Inspektionsfunktion verfügbar sein. Ohne diese Funktion können Lötperlen nur von oben inspiziert werden, sodass detailliertere Informationen für die Analyse bezüglich Größe und Dicke der Lötperlen verloren gehen würden.

Klassifizierung von Röntgeninspektionsgeräten

Röntgeninspektionssysteme für BGAs und CSPs werden hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: 2D- (zweidimensionale) Systeme und 3D- (dreidimensionale) Systeme. Alle Geräte können offline betrieben werden und sind in der Lage, sowohl Panel- als auch Stichprobeninspektionen durchzuführen. Offline-Geräte ermöglichen es, Leiterplatten (PCBs) in jeder Phase der Fertigungslinie bequem zu inspizieren und anschließend wieder in die Fertigungslinie zurückzuführen. Einige Röntgengeräte werden online eingesetzt, sodass die meisten dieser Geräte nach dem Reflow-Ofen platziert werden. Ob Online- oder Offline-Geräte verwendet werden, hängt von der Anwendung und der Inspektionsmenge ab. Allgemein gesagt sind Online-Geräte aufgrund der zusätzlichen Kosten und Sicherheitsaspekte für Anwendungen mit großen Stückzahlen, hoher Komplexität und wenigen Typwechseln geeignet. Allerdings sind Online-Röntgeninspektionssysteme im Grunde genommen der langsamste Teil der Fertigungslinie, was die Produktionskapazität verringert. Daher können selbst bei Anwendungen mit hoher Kapazität Offline-Geräte zur Panelinspektion unter Berücksichtigung der Kosten eingesetzt werden.

Ein 2D-Röntgensystem ist in der Lage, gleichzeitig die 2D-Bilder aller Komponenten von beiden Seiten der Leiterplatte anzuzeigen, ähnlich wie in der medizinischen Anwendung zur Untersuchung von Knochenbrüchen. Ein 3D-Röntgensystem kann durch das Rekonstruieren einer Serie von 2D-Bildern Querschnittsbilder erzeugen, ähnlich wie die medizinische Anwendung CT. Neben der Querschnittsuntersuchung verfügt das 3D-System über eine weitere Methode, die Laminographie. Der Inspektionsprozess wird durchgeführt, indem das Bild eines Querschnitts kombiniert und die Bilder anderer Querschnitte eliminiert werden, um das Bild eines bestimmten Querschnitts zu rekonstruieren. 2D-Systeme können online oder offline betrieben werden. Das gilt auch für die Röntgenlaminographie. Die Online-Methode benötigt jedoch in der Regel mehr Zeit. Das Röntgeninspektionssystem mit CT-Funktion wird offline durchgeführt, da viele 2D-Bilder und ein komplizierter Algorithmus benötigt werden, sodass einige Minuten aufgewendet werden müssen. Daher wird das Röntgeninspektionssystem vom CT-Typ nur in weniger wichtigen professionellen Forschungs- und Analyseanwendungen eingesetzt. Andere 2D- und 3D-Systeme müssen mit dem Privileg der geringsten Zeit und des besten Bildes betrieben werden, um die Inspektionskosten zu senken.

Die Röntgenröhre ist das Herzstück des Röntgenprüfgeräts.

Für alle Arten von Röntgeninspektionsgeräten ist die Röntgenröhre der wichtigste Bestandteil. Heutzutage lassen sich Röntgenröhren in zwei Kategorien einteilen: offene Röhre und geschlossene Röhre. Der Vergleich der Eigenschaften dieser beiden Röhrentypen ist in Tabelle 1 dargestellt.

Bei der Auswahl des Typs der Röntgenröhre müssen einige Faktoren berücksichtigt werden:

a.Röntgenröhrentyp: offene Röhre oder geschlossene Röhre. Dieser Typ steht in Zusammenhang mit der Auflösung und Lebensdauer von Inspektionsgeräten. Je höher die Auflösung ist, desto mehr feine und detaillierte Einzelheiten können die Benutzer sehen. Wenn das zu inspizierende Ziel großflächig ist, spielt es keine Rolle, wenn Sie ein Gerät mit relativ niedriger Auflösung wählen. Bei BGAs und CSPs hingegen ist jedoch eine Auflösung von 2 μm oder kleiner erforderlich.

b.Zieltyp: durchdringend oder reflektierend. Der Zieltyp spielt eine Rolle bei der Beeinflussung des Abstands zwischen der Probe und dem Fokus der Röntgenröhre, was letztendlich die Vergrößerungsfaktoren der Inspektionsgeräte beeinflusst.

c.Röntgenspannung und Leistung. Die Durchdringungsfähigkeit der Röntgenröhre ist proportional zur Spannung. Bei hoher Spannung können Objekte mit höherer Dichte und Dicke geprüft werden. Wenn das zu prüfende Ziel einseitige Leiterplatten sind, können Geräte mit niedriger Spannung gewählt werden. Handelt es sich jedoch um mehrlagige Leiterplatten, ist eine hohe Spannung erforderlich. Bei einer bestimmten Spannung ist die Bildschärfe proportional zur Leistung der Röntgenröhre.

Alles in allem hat die Röntgeninspektionstechnologie neue Reformen für die SMT-Inspektionsmethoden gebracht und kann als die beste Alternative fürPCBA-Herstellerum die Fertigungstechnik und die Produktqualität weiter zu steigern.

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Hilfreiche Ressourcen
•Eine umfassende Einführung in PCBA
•Leiterplattenbestückungsprozess
•Design für Fertigung und Montage von Leiterplatten und allgemeine Regeln, denen es entspricht
•Wie man einen Leiterplattenhersteller oder einen Leiterplattenbestücker bewertet
•6 effektive Möglichkeiten, die Kosten für die Leiterplattenbestückung zu senken, ohne die Qualität zu beeinträchtigen