Pourquoi la technologie d’inspection par rayons X est-elle si importante dans l’assemblage de circuits imprimés (PCB) ?

La technologie d’inspection par rayons X, généralement appeléeInspection radiographique automatisée (AXI)est une technologie utilisée pour inspecter les caractéristiques cachées des objets ou produits cibles en utilisant les rayons X comme source. De nos jours, l’inspection par rayons X est largement utilisée dans de nombreuses applications telles que la médecine, le contrôle industriel et l’aérospatiale. En ce qui concerne l’inspection des PCB, les rayons X sont massivement utilisés dans le processus d’assemblage des PCB afin de tester la qualité des PCB, ce qui constitue l’une des étapes les plus importantes pour les fabricants de PCB axés sur la qualité.

Rien ne peut être aimé aveuglément. Ainsi, ce passage vous expliquera pourquoi la technologie d’inspection par rayons X est si importante dansAssemblage de PCB.

Le développement technologique fait progresser la radiographie

Ces dernières années, les boîtiers à matrice de contacts, y compris les BGA et les QFN, les puces retournées (flip chips) et les CSP, sont largement utilisés dans divers domaines tels que le contrôle industriel, les communications, l’industrie militaire, l’aérospatiale, etc., ce qui rend les joints de soudure cachés sous les boîtiers. Ce fait rend impossible aux dispositifs d’inspection traditionnels de jouer pleinement leur rôle dans l’inspection des PCB. En outre, depuis l’apparition detechnologie de montage en surface (SMT)ce qui réduit à la fois la taille des boîtiers et des pistes, les méthodes d’inspection traditionnelles, notamment l’imagerie optique, ultrasonique et thermique, sont insuffisantes, car les PCB présentent une densité plus élevée avec des joints de soudure cachés et des trous enterrés ou borgnes. De plus, avec la miniaturisation croissante des boîtiers de composants semi-conducteurs, la tendance actuelle et future à la miniaturisation des composants ne peut être négligée lors de l’examen des systèmes d’inspection par rayons X.Comparé aux autres méthodes d’inspection, le rayonnement X est capable de pénétrer à l’intérieur de l’emballage et de contrôler la qualité des joints de soudure. C’est pourquoi il est choisi.

Principes de l’inspection par rayons X

Les rayons X présentent un avantage unique : les matériaux absorbent les rayons X proportionnellement à leur poids atomique et tous les matériaux absorbent le rayonnement X différemment en fonction de leur densité, de leur numéro atomique et de leur épaisseur. De manière générale, les matériaux constitués d’éléments plus lourds absorbent davantage les rayons X et sont facilement imagés, tandis que les matériaux constitués d’éléments plus légers sont plus transparents aux rayons X. Par conséquent, une image d’inspection radiographique ordinaire est présentée à la Figure 1.

Sur cette figure, l’image noire foncée correspond au matériau constitué d’éléments lourds, tandis que l’image transparente ou relativement blanche correspond au matériau constitué d’éléments légers. Par conséquent, l’inspection par rayons X est efficace pour détecter les défauts cachés, notamment les ouvertures, les courts-circuits, les mauvais alignements, les composants électriques manquants, etc.

Tous les dispositifs d’inspection par rayons X sont composés des trois éléments suivants :
a. Tube à rayons X. Il est capable de générer des rayons X.
b. Une plateforme de manipulation d’échantillon. Elle est capable de se déplacer avec un échantillon afin de permettre l’inspection de celui-ci sous différents angles et avec un grossissement ajusté. Une inspection sous un angle oblique peut également être effectuée.
c. Un détecteur. Il est capable de capter les rayons X à travers l’échantillon et de les convertir en une image compréhensible pour les utilisateurs.

Le principe d’inspection de tous les dispositifs de contrôle par rayons X est celui du microscope à projection par rayons X. Le processus commence par la génération de rayons X par le tube émetteur de rayons X traversant les circuits imprimés (PCB) inspectés. Comme différents matériaux présentent une absorption des rayons X différente en fonction de la nature du matériau et de son numéro atomique, une projection est générée sur les détecteurs, et plus la densité est élevée, plus l’ombre sera marquée. L’ombre sera largement proche du tube à rayons X, et inversement.

Par conséquent, le système d’inspection par rayons X idéal doit produire des images radiographiques nettes afin de fournir les informations nécessaires au cours du processus d’analyse des défauts. Pour atteindre cet objectif, un système d’inspection par rayons X doit offrir un grossissement suffisant pour répondre aux besoins actuels et futurs. En outre, pour l’analyse des BGA et des CSP, une fonction d’inspection sous angle oblique doit être disponible. Sans celle-ci, les billes de soudure ne peuvent être inspectées que verticalement par le dessus, de sorte que des informations plus détaillées pour l’analyse seraient perdues concernant la taille et l’épaisseur des billes de soudure.

Classification des dispositifs d’inspection par rayons X

Les systèmes d’inspection par rayons X pour les BGA et les CSP sont principalement classés en deux catégories : les systèmes 2D (bidimensionnels) et les systèmes 3D (tridimensionnels). Tous les appareils peuvent être utilisés hors ligne et sont capables d’effectuer des inspections de panneaux et des inspections par échantillonnage. Les appareils hors ligne permettent d’inspecter facilement les PCB à n’importe quelle étape de la ligne d’assemblage et de les réintégrer aisément dans la ligne d’assemblage. Certains appareils à rayons X sont utilisés en ligne, de sorte que la plupart d’entre eux sont placés après le four de refusion. Le choix entre des appareils en ligne ou hors ligne dépend de l’application et du volume d’inspection. De manière générale, les appareils en ligne conviennent aux applications avec de grandes quantités, une forte complexité et peu de changements de type, compte tenu des coûts supplémentaires et des exigences de sécurité. Cependant, les systèmes d’inspection par rayons X en ligne constituent fondamentalement la partie la plus lente de la ligne d’assemblage, ce qui réduit la capacité de la ligne de fabrication. Ainsi, même dans les applications à haute capacité, des appareils hors ligne peuvent être utilisés pour effectuer l’inspection des panneaux en tenant compte des coûts.

Un système de radiographie 2D est capable d’afficher simultanément les images 2D de tous les composants des deux côtés du PCB, tout comme l’application médicale utilisée pour inspecter les conditions de fracture osseuse. Un système de radiographie 3D est capable de générer les images de sections transversales en reconstruisant une série d’images 2D, tout comme l’application médicale CT. Outre son inspection de sections transversales, le système 3D dispose d’une autre méthode appelée laminographie. Le processus d’inspection est réalisé en combinant l’image d’une section transversale et en éliminant les images des autres sections transversales afin de reconstruire l’image d’une certaine section. Les systèmes 2D peuvent être exploités en ligne ou hors ligne. Il en va de même pour la laminographie par rayons X. Cependant, la méthode en ligne prend généralement plus de temps. Le système d’inspection par rayons X avec fonction CT est réalisé hors ligne, car de nombreuses images 2D et un algorithme complexe sont nécessaires, de sorte que quelques minutes doivent y être consacrées. Par conséquent, le système d’inspection par rayons X de type CT n’est utilisé que dans les applications d’analyse de recherche professionnelle moins importantes. Les autres systèmes 2D et 3D doivent être conçus avec le privilège du temps minimal et de la meilleure image afin de réduire le coût de l’inspection.

Le tube à rayons X est le cœur de l’appareil d’inspection par rayons X

Pour tous les types de dispositifs d’inspection par rayons X, le tube à rayons X est la partie la plus essentielle. De nos jours, les tubes à rayons X peuvent être classés en deux catégories : tube ouvert et tube fermé. La comparaison des caractéristiques entre ces deux types de tubes est présentée dans le Tableau 1.

Lors du choix du type de tube à rayons X, certains éléments doivent être pris en considération :

a.Type de tube à rayons X : tube ouvert ou tube ferméCe type est corrélé à la résolution et à la durée de vie des dispositifs d’inspection. Plus la résolution est élevée, plus les détails seront complexes et délicats pour les utilisateurs. Si la cible inspectée est de grande taille, le choix d’un dispositif avec une résolution relativement faible n’aura pas d’importance. Cependant, en ce qui concerne les BGA et les CSP, une résolution de 2 μm ou moins est requise.

b.Type de cible : pénétrante ou réfléchissante. Le type de cible joue un rôle dans l’influence de la distance entre l’échantillon et le foyer du tube à rayons X, ce qui finira par influer sur le facteur de grossissement des dispositifs d’inspection.

c.Tension et puissance des rayons X. La capacité de pénétration du tube à rayons X est proportionnelle à la tension. Lorsque la tension est élevée, il est possible d’inspecter des objets de densité et d’épaisseur plus importantes. Lorsque la cible inspectée est constituée de cartes simple face, des dispositifs à basse tension peuvent être choisis. En revanche, lorsque la cible inspectée est constituée de cartes multicouches, une haute tension est nécessaire. Pour une tension donnée, la définition de l’image est proportionnelle à la puissance du tube à rayons X.

Dans l’ensemble, la technologie d’inspection par rayons X a apporté de nouvelles réformes aux méthodes d’inspection SMT et peut être considérée comme la meilleure alternative pourFabricant de PCBApour améliorer davantage l’art de fabrication et la qualité des produits.

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