ทำไมเทคโนโลยีการตรวจสอบด้วยเอ็กซเรย์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)?

เทคโนโลยีการตรวจสอบด้วยเอกซเรย์ ซึ่งมักเรียกว่าการตรวจสอบด้วยเอกซเรย์อัตโนมัติ (AXI)เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการตรวจสอบคุณลักษณะที่ซ่อนอยู่ของวัตถุหรือผลิตภัณฑ์เป้าหมายโดยใช้รังสีเอกซ์เป็นแหล่งกำเนิด ปัจจุบันการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลายด้าน เช่น การแพทย์ การควบคุมอุตสาหกรรม และอากาศยาน สำหรับการตรวจสอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) รังสีเอกซ์ถูกนำมาใช้เป็นอย่างมากในกระบวนการประกอบ PCB เพื่อทดสอบคุณภาพของแผงวงจร ซึ่งเป็นหนึ่งในขั้นตอนที่สำคัญที่สุดสำหรับผู้ผลิต PCB ที่มุ่งเน้นคุณภาพ

ไม่มีสิ่งใดที่สามารถถูกรักได้อย่างมืดบอด ดังนั้นข้อความนี้จะบอกคุณว่าทำไมเทคโนโลยีการตรวจสอบด้วยเอกซเรย์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการประกอบแผงวงจรพิมพ์.

การพัฒนาเทคโนโลยีผลักดันให้เอกซเรย์ก้าวหน้า

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แพ็กเกจแบบอาเรย์พื้นที่รวมถึง BGA และ QFN ชิปกลับด้าน และ CSP ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา เช่น การควบคุมอุตสาหกรรม การสื่อสาร อุตสาหกรรมการทหาร อวกาศ เป็นต้น ทำให้จุดประสานบัดกรีถูกซ่อนอยู่ใต้แพ็กเกจ ข้อเท็จจริงนี้ทำให้อุปกรณ์ตรวจสอบแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำหน้าที่ได้อย่างสมบูรณ์แบบในการตรวจสอบแผงวงจรพิมพ์ นอกจากนี้ ตั้งแต่การปรากฏตัวของเทคโนโลยีการติดตั้งแบบผิวหน้า (SMT)ซึ่งทำให้ทั้งขนาดของแพ็กเกจและลีดเล็กลง วิธีการตรวจสอบแบบดั้งเดิมรวมถึงการตรวจสอบด้วยแสง อัลตราโซนิก และการถ่ายภาพความร้อนไม่เพียงพอ เนื่องจากแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มีความหนาแน่นสูงขึ้น โดยมีจุดบัดกรีที่ถูกซ่อนไว้และมีรูแบบฝังหรือบอด นอกจากนี้ ด้วยแนวโน้มการย่อขนาดที่เพิ่มขึ้นของแพ็กเกจชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อพิจารณาระบบตรวจสอบด้วยเอกซเรย์ แนวโน้มการย่อขนาดของชิ้นส่วนทั้งในปัจจุบันและอนาคตไม่อาจมองข้ามได้เมื่อเทียบกับวิธีการตรวจสอบอื่น ๆ แล้ว เอ็กซเรย์สามารถทะลุผ่านบรรจุภัณฑ์ด้านในและตรวจสอบคุณภาพของจุดบัดกรีได้ นั่นคือเหตุผลที่เลือกใช้วิธีนี้

หลักการของการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์

รังสีเอกซ์มีข้อได้เปรียบเฉพาะตัวคือ วัสดุจะดูดกลืนรังสีเอกซ์ในสัดส่วนที่สัมพันธ์กับน้ำหนักอะตอมของมัน และวัสดุแต่ละชนิดจะดูดกลืนรังสีเอกซ์แตกต่างกันไปตามความหนาแน่น เลขอะตอม และความหนา โดยทั่วไปแล้ว วัสดุที่ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่าจะดูดกลืนรังสีเอกซ์ได้มากกว่าและสามารถสร้างภาพได้ง่าย ในขณะที่วัสดุที่ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอมต่ำกว่าจะโปร่งแสงต่อรังสีเอกซ์มากกว่า ดังนั้น ภาพการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ทั่วไปจึงแสดงดังรูปที่ 1

จากรูปนี้ ภาพสีดำเข้มหมายถึงวัสดุที่ทำจากธาตุหนัก ในขณะที่ภาพที่โปร่งใสหรือค่อนข้างขาวหมายถึงวัสดุที่ทำจากธาตุเบา ดังนั้น การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์จึงเหมาะสำหรับการตรวจหาข้อบกพร่องที่ซ่อนอยู่ รวมถึงการเปิดวงจร การลัดวงจร การจัดวางไม่ตรงตำแหน่ง การขาดหายของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น

อุปกรณ์ตรวจสอบด้วยเอกซเรย์ทั้งหมดประกอบด้วยองค์ประกอบสามส่วนต่อไปนี้:
a. หลอดเอกซเรย์ สามารถสร้างรังสีเอกซเรย์ได้
b. แท่นปฏิบัติการสำหรับตัวอย่าง สามารถเคลื่อนที่พร้อมกับตัวอย่างได้เพื่อให้ตรวจสอบตัวอย่างจากมุมมองที่แตกต่างกันและปรับกำลังขยายได้ และยังสามารถทำการตรวจสอบในมุมเอียงได้ด้วย
c. เครื่องตรวจจับ ซึ่งสามารถรับรังสีเอกซเรย์ที่ผ่านตัวอย่างและแปลงให้เป็นภาพที่ผู้ใช้สามารถเข้าใจได้

หลักการตรวจสอบของอุปกรณ์ตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ทั้งหมดคือกล้องจุลทรรศน์ฉายภาพรังสีเอกซ์ กระบวนการเริ่มต้นจากการสร้างรังสีเอกซ์โดยหลอดกำเนิดรังสีเอกซ์ที่ยิงผ่านแผ่น PCB ที่ต้องการตรวจสอบ เนื่องจากวัสดุแต่ละชนิดมีการดูดกลืนรังสีเอกซ์แตกต่างกันไปตามชนิดของวัสดุและเลขอะตอม จึงเกิดภาพฉายบนตัวตรวจจับ และยิ่งความหนาแน่นสูง เงาที่ปรากฏก็จะยิ่งเข้มลึก เงาจะอยู่ใกล้กับหลอดรังสีเอกซ์มาก และในทางกลับกัน

ดังนั้น ระบบตรวจสอบด้วยเอกซเรย์ที่เหมาะสมจึงต้องมีภาพเอกซเรย์ที่คมชัดเพื่อให้ข้อมูลในกระบวนการวิเคราะห์ข้อบกพร่อง สำหรับเป้าหมายนี้ ระบบตรวจสอบด้วยเอกซเรย์ต้องมีอัตราขยายที่เพียงพอเพื่อตอบสนองความต้องการในปัจจุบันและอนาคต นอกจากนี้ สำหรับการวิเคราะห์ BGA และ CSP จะต้องมีฟังก์ชันการตรวจสอบแบบมุมเอียง เนื่องจากหากไม่มีฟังก์ชันนี้ ลูกบอลประสานจะสามารถตรวจสอบได้เฉพาะจากด้านบนเท่านั้น ทำให้ข้อมูลรายละเอียดที่จำเป็นต่อการวิเคราะห์เกี่ยวกับขนาดและความหนาของลูกบอลประสานสูญหายไป

การจำแนกประเภทของอุปกรณ์ตรวจสอบด้วยเอกซเรย์

ระบบตรวจสอบด้วยเอ็กซ์เรย์สำหรับ BGA และ CSP แบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ๆ คือ ระบบแบบ 2D (สองมิติ) และระบบแบบ 3D (สามมิติ) อุปกรณ์ทั้งหมดสามารถใช้งานแบบออฟไลน์ได้ และสามารถตรวจสอบทั้งแบบตรวจสอบแผง (panel inspection) และการตรวจสอบแบบสุ่มตัวอย่าง (sampling inspection) อุปกรณ์ออฟไลน์ช่วยให้สะดวกต่อการตรวจสอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในทุกขั้นตอนของสายการประกอบ และสามารถนำกลับเข้าสู่สายการประกอบได้อย่างง่ายดาย อุปกรณ์เอ็กซ์เรย์บางชนิดถูกใช้งานแบบออนไลน์ ดังนั้นอุปกรณ์เหล่านี้ส่วนใหญ่จึงถูกติดตั้งไว้หลังเตารีโฟลว์ การเลือกใช้อุปกรณ์แบบออนไลน์หรือออฟไลน์ขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานและปริมาณการตรวจสอบ โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ออนไลน์เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีปริมาณมาก มีความซับซ้อน และมีการเปลี่ยนรุ่นผลิตภัณฑ์ไม่บ่อย โดยพิจารณาจากต้นทุนเพิ่มเติมและปัจจัยด้านความปลอดภัย อย่างไรก็ตาม ระบบตรวจสอบด้วยเอ็กซ์เรย์แบบออนไลน์มักจะเป็นส่วนที่ช้าที่สุดในสายการประกอบ ทำให้กำลังการผลิตของสายการผลิตลดลง ดังนั้น แม้ในงานที่ต้องการกำลังการผลิตสูง ก็ยังสามารถใช้อุปกรณ์ออฟไลน์ในการตรวจสอบแผงได้เมื่อคำนึงถึงต้นทุนร่วมด้วย

ระบบเอกซเรย์แบบ 2 มิติสามารถแสดงภาพ 2 มิติของชิ้นส่วนทั้งหมดจากทั้งสองด้านของแผ่น PCB ได้พร้อมกัน คล้ายกับการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ที่ใช้ตรวจสภาพกระดูกหัก ระบบเอกซเรย์แบบ 3 มิติมีความสามารถในการสร้างภาพของหน้าตัดโดยการสร้างภาพใหม่จากชุดของภาพ 2 มิติ คล้ายกับการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์อย่าง CT นอกจากการตรวจสอบแบบหน้าตัดแล้ว ระบบ 3 มิติยังมีวิธีการอีกแบบหนึ่งคือ ลามิโนกราฟี กระบวนการตรวจสอบจะดำเนินการโดยการผสานภาพของหน้าตัดหนึ่ง ๆ และตัดภาพจากหน้าตัดอื่น ๆ ออก เพื่อสร้างภาพของหน้าตัดที่ต้องการขึ้นมาใหม่ ระบบ 2 มิติสามารถใช้งานได้ทั้งแบบออนไลน์และออฟไลน์ เช่นเดียวกับเอกซเรย์ลามิโนกราฟี อย่างไรก็ตาม วิธีออนไลน์มักใช้เวลามากกว่า ระบบตรวจสอบเอกซเรย์ที่มีฟังก์ชัน CT จะทำงานแบบออฟไลน์ เนื่องจากต้องใช้ภาพ 2 มิติจำนวนมากและอัลกอริทึมที่ซับซ้อน จึงต้องใช้เวลาหลายนาที ดังนั้น ระบบตรวจสอบเอกซเรย์แบบ CT จึงถูกใช้เฉพาะในการวิเคราะห์งานวิจัยระดับมืออาชีพที่มีความสำคัญน้อยกว่าเท่านั้น ส่วนระบบ 2 มิติและ 3 มิติอื่น ๆ จะต้องถูกกำหนดให้มีสิทธิพิเศษในด้านการใช้เวลาน้อยที่สุดและให้ภาพที่ดีที่สุด เพื่อลดต้นทุนของการตรวจสอบ

หลอดเอกซเรย์คือหัวใจของอุปกรณ์ตรวจสอบด้วยเอกซเรย์

สำหรับอุปกรณ์ตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ทุกประเภท หลอดรังสีเอกซ์เป็นส่วนที่สำคัญที่สุด ปัจจุบันหลอดรังสีเอกซ์สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ หลอดแบบเปิดและหลอดแบบปิด การเปรียบเทียบคุณลักษณะระหว่างหลอดทั้งสองประเภทแสดงไว้ในตารางที่ 1

เมื่อเลือกประเภทของหลอดเอกซเรย์ จำเป็นต้องคำนึงถึงองค์ประกอบบางประการ:

a.ประเภทหลอดเอกซเรย์: หลอดเปิดหรือหลอดปิดประเภทนี้มีความสัมพันธ์กับความละเอียดและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ตรวจสอบ ความละเอียดยิ่งสูง ผู้ใช้ก็จะยิ่งมองเห็นรายละเอียดที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อนมากขึ้น หากวัตถุที่ตรวจสอบมีขนาดใหญ่ การเลือกใช้อุปกรณ์ที่มีความละเอียดค่อนข้างต่ำก็ไม่ใช่ปัญหา อย่างไรก็ตาม สำหรับ BGA และ CSP แล้ว จำเป็นต้องใช้ความละเอียดที่ 2μm หรือน้อยกว่า

ข.ประเภทเป้าหมาย: ทะลุผ่านหรือสะท้อนกลับประเภทของเป้าหมายมีบทบาทในการมีอิทธิพลต่อระยะห่างระหว่างตัวอย่างกับจุดโฟกัสของหลอดเอกซเรย์ ซึ่งท้ายที่สุดจะมีผลต่ออัตราการขยายของอุปกรณ์ตรวจสอบ

ค.แรงดันและกำลังของรังสีเอกซ์ความสามารถในการทะลุผ่านของหลอดรังสีเอกซ์แปรผันตามแรงดันไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูง วัตถุที่มีความหนาแน่นและความหนามากกว่าสามารถตรวจสอบได้ เมื่อวัตถุที่ตรวจสอบเป็นแผ่นวงจรด้านเดียว สามารถเลือกใช้หลอดรังสีเอกซ์ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อวัตถุที่ตรวจสอบเป็นแผ่นวงจรหลายชั้น จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูง สำหรับแรงดันไฟฟ้าคงที่ ความคมชัดของภาพจะแปรผันตามกำลังของหลอดรังสีเอกซ์

โดยสรุปแล้ว เทคโนโลยีการตรวจสอบด้วยเอ็กซเรย์ได้นำการปฏิรูปใหม่มาสู่กระบวนการตรวจสอบ SMT และสามารถถือได้ว่าเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับผู้ผลิต PCBAเพื่อยกระดับฝีมือการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ให้ดียิ่งขึ้น

PCBCart ให้บริการตรวจสอบด้วยเอ็กซเรย์บนแผงวงจรที่ประกอบเสร็จของเราเพื่อทดสอบคุณภาพของพวกมันเราสัญญาว่าจะจัดส่งเฉพาะบอร์ดที่มีคุณภาพเท่านั้น สนใจรับใบเสนอราคาอย่างรวดเร็วสำหรับโครงการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB Assembly) แบบกำหนดเองของคุณหรือไม่ คลิกปุ่มต่อไปนี้เพื่อส่งคำขอใบเสนอราคา (RFQ) เราจะแจ้งราคาและระยะเวลาการผลิตงานประกอบ PCB ให้คุณภายใน 1-2 วันทำการ

คำขอใบเสนอราคาสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์พร้อมการตรวจสอบด้วยเอกซเรย์

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การแนะนำ PCBA อย่างครอบคลุม
•กระบวนการประกอบแผงวงจรพิมพ์
•การออกแบบเพื่อการผลิตและการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และกฎทั่วไปที่สอดคล้องกัน
•วิธีประเมินผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หรือผู้ประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB Assembler)
•6 วิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดต้นทุนการประกอบ PCB โดยไม่ลดทอนคุณภาพ