Perché la tecnologia di ispezione a raggi X è così importante nell’assemblaggio di PCB?

Tecnologia di ispezione a raggi X, solitamente indicata comeIspezione automatizzata a raggi X (AXI), è una tecnologia utilizzata per ispezionare le caratteristiche nascoste di oggetti o prodotti target con i raggi X come sorgente. Oggi, l’ispezione a raggi X è ampiamente utilizzata in molte applicazioni come la medicina, il controllo industriale e l’aerospaziale. Per quanto riguarda l’ispezione dei PCB, i raggi X sono ampiamente utilizzati nel processo di assemblaggio dei PCB per testare la qualità dei PCB, che è uno dei passaggi più importanti per i produttori di PCB orientati alla qualità.

Niente può essere amato ciecamente. Quindi questo passaggio ti spiegherà perché la tecnologia di ispezione a raggi X è così importante inAssemblaggio PCB.

Lo sviluppo tecnologico spinge i raggi X in avanti

Negli ultimi anni, i package ad array di area, inclusi BGA e QFN, flip chip e CSP, sono ampiamente utilizzati in tutti i tipi di settori come il controllo industriale, le comunicazioni, l’industria militare, l’aerospaziale ecc., rendendo i giunti di saldatura nascosti sotto i package. Questo fatto rende impossibile ai tradizionali dispositivi di ispezione svolgere perfettamente il loro ruolo nell’ispezione dei PCB. Inoltre, dall’apparizione ditecnologia a montaggio superficiale (SMT)che rende sia i package sia i lead più piccoli, i metodi di ispezione tradizionali, inclusi quelli ottici, a ultrasuoni e di imaging termico, risultano insufficienti perché i PCB presentano una densità più elevata, con giunti di saldatura nascosti e fori interrati o ciechi. Inoltre, con la crescente miniaturizzazione dei package dei componenti a semiconduttore, nella valutazione di un sistema di ispezione a raggi X non si può trascurare la tendenza attuale e futura alla miniaturizzazione dei componenti.Rispetto ad altri metodi di ispezione, i raggi X sono in grado di penetrare all'interno dell'imballaggio e di controllare la qualità delle giunzioni di saldatura. Ecco perché viene scelto.

Principi dell’ispezione a raggi X

I raggi X hanno un vantaggio unico: i materiali assorbono i raggi X in proporzione al loro peso atomico e tutti i materiali assorbono la radiazione X in modo diverso a seconda della loro densità, numero atomico e spessore. In generale, i materiali costituiti da elementi più pesanti assorbono più raggi X e sono facilmente visualizzabili, mentre i materiali costituiti da elementi più leggeri sono più trasparenti ai raggi X. Pertanto, un’immagine ordinaria di ispezione a raggi X è mostrata in Figura 1.

Da questa figura, l’immagine nera intensa si riferisce al materiale composto da elementi pesanti, mentre l’immagine trasparente o relativamente bianca si riferisce al materiale composto da elementi leggeri. Pertanto, l’ispezione a raggi X è adatta a rilevare difetti nascosti, inclusi circuiti aperti, cortocircuiti, disallineamenti, componenti elettrici mancanti e così via.

Tutti i dispositivi di ispezione a raggi X sono composti dai seguenti tre elementi:
a. Tubo a raggi X. È in grado di generare raggi X.
b. Una piattaforma di operazione del campione. È in grado di muoversi con un campione per consentire l’ispezione del campione da angolazioni diverse e con ingrandimenti regolati. È inoltre possibile effettuare ispezioni ad angolo obliquo.
c. Un rivelatore. È in grado di catturare i raggi X che attraversano il campione e convertirli in un’immagine comprensibile agli utenti.

Il principio di ispezione di tutti i dispositivi di controllo a raggi X è il microscopio a proiezione a raggi X. Il processo inizia con la generazione dei raggi X tramite il tubo di emissione, che attraversano i PCB ispezionati. Poiché materiali diversi presentano un diverso assorbimento dei raggi X in base alle differenze di materiale e numero atomico, si genera una proiezione sui rivelatori e, quanto maggiore è la densità, tanto più profonda sarà l’ombra. L’ombra sarà molto vicina al tubo a raggi X e viceversa.

Pertanto, il sistema di ispezione a raggi X ideale deve fornire immagini a raggi X nitide in modo da offrire le informazioni necessarie nel processo di analisi dei difetti. Per questo obiettivo, un sistema di ispezione a raggi X deve disporre di un ingrandimento sufficiente a soddisfare le esigenze presenti e future. Inoltre, per l’analisi di BGA e CSP, deve essere disponibile la funzione di ispezione con angolazione obliqua. Senza di essa, infatti, le sfere di saldatura possono essere ispezionate solo perpendicolarmente dall’alto, con conseguente perdita di informazioni più dettagliate per l’analisi riguardo alle dimensioni e allo spessore delle sfere di saldatura.

Classificazione dei dispositivi di ispezione a raggi X

I sistemi di ispezione a raggi X per BGA e CSP sono principalmente classificati in due categorie: sistemi 2D (bidimensionali) e sistemi 3D (tridimensionali). Tutti i dispositivi possono essere utilizzati off-line e sono in grado di effettuare ispezioni a pannello e ispezioni a campione. I dispositivi off-line rendono conveniente ispezionare i PCB in qualsiasi fase della linea di assemblaggio e consentono un facile ritorno alla linea di assemblaggio. Alcuni dispositivi a raggi X sono utilizzati in linea, per cui la maggior parte di essi è collocata dopo il forno di rifusione. La scelta tra dispositivi in linea o off-line dipende dall’applicazione e dal volume di ispezione. In generale, i dispositivi in linea sono adatti per applicazioni con grandi quantità, elevata complessità e poche variazioni di modello, considerando i costi aggiuntivi e gli aspetti di sicurezza. Tuttavia, i sistemi di ispezione a raggi X in linea sono fondamentalmente la parte più lenta della linea di assemblaggio, riducendo la capacità della linea di produzione. Pertanto, anche nelle applicazioni ad alta capacità, è possibile utilizzare dispositivi off-line per effettuare ispezioni a pannello, tenendo conto dei costi.

Un sistema a raggi X 2D è in grado di visualizzare simultaneamente le immagini 2D di tutti i componenti da entrambi i lati del PCB, proprio come l’applicazione medica utilizzata per ispezionare le condizioni di frattura delle ossa. Un sistema a raggi X 3D è in grado di generare le immagini delle sezioni trasversali ricostruendo una serie di immagini 2D, proprio come l’applicazione medica CT. Oltre alla sua ispezione delle sezioni trasversali, il sistema 3D dispone di un altro metodo chiamato laminografia. Il processo di ispezione viene eseguito combinando l’immagine di una sezione trasversale ed eliminando le immagini delle altre sezioni trasversali per ricostruire l’immagine di una determinata sezione. I sistemi 2D possono essere operati in linea o fuori linea. Lo stesso vale per la laminografia a raggi X. Tuttavia, il metodo in linea di solito richiede più tempo. Il sistema di ispezione a raggi X con funzione CT viene utilizzato fuori linea perché sono necessarie molte immagini 2D e algoritmi complessi, per cui occorrono un paio di minuti. Pertanto, il sistema di ispezione a raggi X di tipo CT è utilizzato solo nelle applicazioni di analisi di ricerca professionale meno importanti. Gli altri sistemi 2D e 3D devono essere progettati con il privilegio del minor tempo e della migliore immagine, in modo da ridurre il costo dell’ispezione.

Il tubo a raggi X è il cuore del dispositivo di ispezione a raggi X

Per tutti i tipi di dispositivi di ispezione a raggi X, il tubo a raggi X è la parte più essenziale. Oggi i tubi a raggi X possono essere classificati in due categorie: tubo aperto e tubo chiuso. Il confronto delle caratteristiche tra i due tipi di tubi è riportato nella Tabella 1.

Quando si sceglie il tipo di tubo a raggi X, è necessario prendere in considerazione alcuni elementi:

a.Tipo di tubo a raggi X: tubo aperto o tubo chiusoQuesto tipo è correlato con la risoluzione e la durata dei dispositivi di ispezione. Più alta è la risoluzione, più dettagli intricati e delicati gli utenti vedranno. Se il bersaglio ispezionato è di grandi dimensioni, allora non avrà importanza quando si sceglie un dispositivo con una risoluzione relativamente bassa. Tuttavia, per quanto riguarda BGA e CSP, è richiesta una risoluzione di 2 μm o inferiore.

b.Tipo di bersaglio: penetrante o riflettente. Il tipo di bersaglio svolge un ruolo nell’influenzare la distanza tra il campione e il fuoco del tubo a raggi X, che alla fine influenzerà il fattore di ingrandimento dei dispositivi di ispezione.

c.Tensione e potenza dei raggi XLa capacità di penetrazione del tubo a raggi X è proporzionale alla tensione. Quando la tensione è elevata, è possibile ispezionare oggetti con densità e spessore maggiori. Quando il target da ispezionare sono schede monofaccia, si possono scegliere dispositivi a bassa tensione. Tuttavia, quando il target da ispezionare sono schede multistrato, è necessaria un’alta tensione. A una determinata tensione, la definizione dell’immagine è proporzionale alla potenza del tubo a raggi X.

Nel complesso, la tecnologia di ispezione a raggi X ha apportato nuove riforme ai metodi di ispezione SMT e può essere considerata la migliore alternativa perProduttore di PCBAper aumentare ulteriormente l’abilità di fabbricazione e la qualità del prodotto.

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Risorse utili
•Un'Introduzione Completa alla PCBA
•Processo di assemblaggio di circuiti stampati
•Progettazione per la produzione e l’assemblaggio di PCB e regole generali a cui essa si conforma
•Come valutare un produttore di PCB o un assemblatore di PCB
•6 modi efficaci per ridurre i costi di assemblaggio PCB senza sacrificare la qualità