مقدمة في فحص الأشعة السينية

النقاط الرئيسية

التعريف: فحص الأشعة السينية (AXI) هو طريقة اختبار غير مدمرة تستخدم لتصوير وصلات اللحام المخفية، مثل تلك الموجودة تحت BGAs و QFNs و CSPs.
المقياس الحرج: نسبة الفراغات هي المؤشر الأكثر شيوعًا للجودة؛ عادةً، يجب أن تظل الفراغات أقل من 25% من مساحة وصلة اللحام وفقًا لمعايير IPC.
أهمية الدقة: أنظمة عالية الدقة (تقاس بالميكرونات) ضرورية للكشف عن الشقوق الدقيقة وعيوب "الرأس في الوسادة" (Head-in-Pillow).
مفهوم خاطئ: الأشعة السينية لا تحل محل الفحص البصري؛ بل تكمل أساسيات الفحص البصري التلقائي (AOI) من خلال تغطية المناطق التي لا تستطيع كاميرات الرؤية المباشرة الوصول إليها.
نصيحة عملية: الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد (التصوير الطبقي) ضرورية للوحات ذات الوجهين لتجنب تداخل الصورة من المكونات الموجودة على الجانب المقابل.
التحقق: يعتمد القبول على اختلافات كثافة تدرج الرمادي، مما يشير إلى سمك وشكل اللحام.
المعيار: ارجع دائمًا إلى معايير وصلات اللحام IPC-A-610 الفئة 2 أو الفئة 3 عند تحديد عتبات النجاح/الفشل.

ما تعنيه مقدمة فحص الأشعة السينية حقًا (النطاق والحدود)

يعد فهم الآليات الأساسية لتقنية الفحص هو الخطوة الأولى قبل تحليل مقاييس محددة. يجب أن تبدأ مقدمة فحص الأشعة السينية بتعريف دور هذه التقنية في تصنيع الإلكترونيات الحديثة: إنها الطريقة الوحيدة غير المدمرة للتحقق من الاتصالات المخفية ماديًا عن الأنظار. في سياق تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA)، يستخدم فحص الأشعة السينية موجات كهرومغناطيسية عالية التردد لاختراق مادة لوحة الدائرة المطبوعة. يمتص اللحام، كونه كثيفًا ويحتوي على معادن ثقيلة مثل القصدير أو الرصاص أو الفضة، هذه الموجات أكثر من الركيزة الزجاجية الليفية أو رقائق السيليكون. يخلق هذا الامتصاص صورة ظل (تدرج رمادي) حيث تمثل المناطق الداكنة مادة أكثر سمكًا أو كثافة.

بالنسبة للمصنعين مثل APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، تعد هذه التقنية لا غنى عنها. مع تقلص المكونات وزيادة الكثافة، يصبح الفحص البصري التقليدي غير كافٍ. تستخدم الأشعة السينية بشكل أساسي من أجل:

الوصلات المخفية: مصفوفات الكرات الشبكية (BGAs)، وحزم QFN (Quad Flat No-leads)، والرقائق المقلوبة (Flip Chips).
ملء الثقوب النافذة: التحقق من نسب ملء الأسطوانة في الموصلات.
محاذاة الطبقات المتعددة: فحص تسجيل الطبقات الداخلية أثناء تصنيع اللوحة العارية.
الكشف عن المنتجات المقلدة: فحص الترابط السلكي داخل حزم الدوائر المتكاملة.

بينما تتعامل الفحص البصري الآلي (AOI) مع الأجزاء المرئية المثبتة على السطح، تتعامل الأشعة السينية مع المخاطر "غير المرئية".

مقاييس فحص الأشعة السينية الهامة (كيفية تقييم الجودة)

بمجرد تحديد نطاق الفحص، يجب على المهندسين تحديد الجودة كميًا باستخدام نقاط بيانات محددة. يوضح الجدول التالي المقاييس الهامة المستخدمة أثناء مقدمة فحص الأشعة السينية والعمليات اليومية لضمان موثوقية اللوحة.

المقياس	لماذا هو مهم	النطاق النموذجي أو العوامل المؤثرة	كيفية القياس
نسبة الفراغ	جيوب الهواء الكبيرة تضعف الوصلة وتقلل من التوصيل الحراري.	< 25% (الفئة 2/3). < 15% لمصابيح LED عالية الطاقة.	المساحة المحسوبة للفراغ مقسومة على المساحة الكلية للكرة.
قيمة التدرج الرمادي	تشير إلى سمك وكثافة اللحام. القيم غير المتناسقة تشير إلى دوائر مفتوحة أو لحام غير كافٍ.	من 0 (أسود) إلى 255 (أبيض). يظهر اللحام عادةً باللون الرمادي الداكن/الأسود.	تحليل الرسم البياني لكثافة البكسل في الصورة.
الدقة (ميكرون)	تحدد أصغر عيب مرئي. حاسمة لـ BGAs الدقيقة.	من 0.5 ميكرومتر إلى 5 ميكرومتر. الأقل أفضل للخطوة الدقيقة.	معايرة باستخدام هدف دقة أو مقياس.
جهد الأنبوب (كيلو فولت)	الجهد العالي يخترق اللوحات والدروع السميكة ولكنه يقلل التباين على المواد الفاتحة.	من 80 كيلو فولت إلى 160 كيلو فولت حسب سمك اللوحة.	يتم الضبط عبر برنامج التحكم في جهاز الأشعة السينية.
مجال الرؤية (FOV)	المنطقة المرئية في مسح واحد. FOV الأكبر أسرع ولكنه يقلل التكبير.	من 10 مم × 10 مم إلى 50 مم × 50 مم.	الحركة الفيزيائية للكاشف أو المنصة.
معدل الإنذارات الكاذبة	الإنذارات الكاذبة العالية تبطئ الإنتاج؛ الإنذارات الكاذبة المنخفضة تخاطر بتسرب العيوب.	الهدف < 500 جزء في المليون (جزء في المليون).	مقارنة إشارات الجهاز مقابل التحقق من المشغل.
استدارة كرة اللحام	الأشكال المشوهة تشير إلى مشاكل إعادة التدفق أو عدم محاذاة الوسادة.	الانحراف عن دائرة مثالية (1.0).	خوارزميات برامج التحليل الهندسي.

كيفية اختيار مقدمة فحص الأشعة السينية: إرشادات الاختيار حسب السيناريو (المقايضات)

بعد تحديد المقاييس، يتمثل التحدي التالي في اختيار استراتيجية الفحص الصحيحة لنوع منتجك المحدد. يغطي هذا القسم "كيفية اختيار" النهج الصحيح لـ فحص الأشعة السينية مقابل طرق الاختبار الأخرى بناءً على سيناريوهات الإنتاج.

السيناريو 1: SMT القياسي مع المكونات السلبية

التوصية: AOI فقط.
المقايضة: الأشعة السينية بطيئة ومكلفة. إذا كانت جميع الأطراف مرئية (المقاومات، المكثفات، SOIC)، فإن AOI أسرع وكافية.
الخلاصة: تخطى الأشعة السينية ما لم تكن تستكشف أخطاء لحام محددة.

السيناريو 2: تجميع BGA و QFN المعقد

التوصية: فحص الأشعة السينية الآلي ثنائي الأبعاد (AXI).
المقايضة: ضروري للجودة. لا يمكنك فحص هذه الوصلات بصريًا. الفحص ثنائي الأبعاد أسرع من ثلاثي الأبعاد ولكنه يواجه صعوبة إذا كانت المكونات على جانبي اللوحة.
الخلاصة: إلزامي. اطلع على قدراتنا في تجميع BGA و QFN لمزيد من التفاصيل.

السيناريو 3: لوحات عالية الكثافة مزدوجة الجوانب

التوصية: الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد (التصوير الطبقي).
المقايضة: تنتج الأشعة السينية ثنائية الأبعاد صورًا متداخلة للمكونات العلوية والسفلية، مما يجعل التحليل مستحيلاً. تقطع الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد الصورة للتركيز على طبقة واحدة. إنها أبطأ ولكنها دقيقة.
الخلاصة: مطلوب للوحات المأهولة على الوجهين.

السيناريو 4: موثوقية عالية (السيارات/الفضاء)

توصية: فحص AXI داخلي بنسبة 100%.
مفاضلة: يتم فحص كل لوحة على حدة تلقائيًا. هذا يخلق عنق زجاجة في الخط ولكنه يضمن عدم وجود أي عيوب حرجة غير مكتشفة.
حكم: ضروري للتطبيقات الحساسة للسلامة.

السيناريو 5: النموذج الأولي وإدخال منتج جديد (NPI)

توصية: أشعة سينية يدوية (غير متصلة بالإنترنت).
مفاضلة: يقوم المشغل بتحريك اللوحة يدويًا لفحص مناطق محددة. إنه مرن لتصحيح أخطاء العملية ولكنه بطيء جدًا للإنتاج بكميات كبيرة.
حكم: الأفضل للتحليل الهندسي وفحص المقالة الأولى.

السيناريو 6: تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة العارية

توصية: التحقق من هدف الحفر بالأشعة السينية.
مفاضلة: يستخدم للتحقق من محاذاة الطبقات الداخلية قبل الحفر. ليس لجودة اللحام، ولكن للسلامة الهيكلية.
حكم: عملية قياسية في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات.

نقاط تفتيش تنفيذ مقدمة فحص الأشعة السينية (من التصميم إلى التصنيع)

لا يكون اختيار الطريقة الصحيحة فعالاً إلا إذا تم التحكم في عملية التنفيذ بدقة. تتطلب مقدمة فحص الأشعة السينية الناجحة نقاط تفتيش في كل مرحلة، من التخطيط الأولي إلى فرن إعادة التدفق النهائي.

1. مرحلة التصميم: هندسة الوسادة

توصية: تأكد من أن وسادات BGA هي "غير محددة بقناع اللحام" (NSMD) حيثما أمكن للحصول على تباين أفضل للأشعة السينية.
خطر: تعريف الوسادة الضعيف يجعل القياس الآلي لقطر الكرة غير دقيق.
قبول: اجتياز فحص DFM. 2. مرحلة التصميم: وضع المكونات
توصية: تجنب وضع المكونات الثقيلة (المحولات) مباشرة مقابل BGAs ذات الخطوة الدقيقة على اللوحات مزدوجة الجوانب.
المخاطر: تأثيرات التظليل في صور الأشعة السينية.
القبول: مراجعة النمذجة ثلاثية الأبعاد.

3. مرحلة المواد: اختيار معجون اللحام

توصية: استخدم حجم جسيمات متناسق (النوع 4 أو 5) للمكونات ذات الخطوة الدقيقة.
المخاطر: حجم المعجون غير المتناسق يؤدي إلى فراغات مرئية في الأشعة السينية.
القبول: ارتباط بيانات فحص المعجون (SPI).

4. مرحلة الإعداد: معايرة الجهاز

توصية: قم بمعايرة تدرج الرمادي والدقة الهندسية يوميًا.
المخاطر: الانجراف في القياسات يؤدي إلى تمريرات خاطئة.
القبول: التحقق من هدف المعايرة.

5. مرحلة العملية: ملف تعريف إعادة التدفق

توصية: قم بتحسين مناطق النقع لتقليل الفراغات.
المخاطر: إطلاق الغازات السريع يخلق فراغات > 25%.
القبول: تشغيل عينة الأشعة السينية يظهر فراغات ضمن المواصفات.

6. مرحلة الفحص: ضبط العتبة

توصية: اضبط الحساسية لتحقيق التوازن بين الإنذارات الكاذبة والعيوب التي لم يتم اكتشافها.
المخاطر: حساسية مفرطة = توقف الخط؛ تساهل مفرط = شحن عيوب.
القبول: دراسة Gage R&R.

7. مرحلة التحقق: تخزين الصور

توصية: أرشفة صور الأشعة السينية للمكونات الحيوية حسب الرقم التسلسلي.
المخاطر: عدم وجود إمكانية للتتبع في حالة حدوث أعطال ميدانية.
القبول: التحقق من سجل قاعدة البيانات.

8. مرحلة الصيانة: عمر الأنبوب

توصية: مراقبة ساعات عمل أنبوب الأشعة السينية.
المخاطر: يؤدي تدهور الفتيل إلى تقليل وضوح الصورة.
القبول: الالتزام بجدول الصيانة الوقائية.

للاطلاع بشكل أعمق على كيفية تعاملنا مع هذه الخطوات، راجع قدراتنا في فحص الأشعة السينية.

الأخطاء الشائعة في مقدمة فحص الأشعة السينية (والنهج الصحيح)

حتى مع وجود نقاط تفتيش قوية، غالبًا ما يقع المصنعون في فخاخ محددة أثناء التنفيذ. يسلط هذا القسم الضوء على الأخطاء الشائعة عند إجراء مقدمة فحص الأشعة السينية وكيف تتجنب APTPCB هذه الأخطاء.

الاعتماد فقط على الفحص ثنائي الأبعاد (2D) للوحات ذات الوجهين
- الخطأ: محاولة فحص BGA على الجانب العلوي بينما يوجد QFN تحته مباشرة على الجانب السفلي. تتداخل الصور، مما يجعل حساب الفراغات مستحيلاً.
- التصحيح: استخدام التصوير الطبقي ثلاثي الأبعاد (3D Laminography) أو وضع المكونات بشكل متداخل أثناء التصميم.
تجاهل عيوب "Head-in-Pillow" (HiP)
- الخطأ: التركيز فقط على الدوائر القصيرة والجسور. غالبًا ما تبدو عيوب HiP (حيث تستقر الكرة على الوسادة ولكنها لا تلتصق) كدوائر جيدة في فحص الأشعة السينية ثنائي الأبعاد.
- التصحيح: استخدام طرق عرض مائلة (الأشعة السينية المائلة) أو الفحص ثلاثي الأبعاد لرؤية شكل الواجهة.
تفسير معايير الفراغات بشكل خاطئ
- الخطأ: رفض أي لوحة تحتوي على فراغ. الفراغات الصغيرة طبيعية ومقبولة غالبًا.

تصحيح: اتبع معايير IPC-A-610. ارفض فقط إذا تجاوزت المساحة التراكمية للفراغات الحد (عادة 25%) أو إذا كانت الفراغات موجودة عند الواجهة (فراغات دقيقة مستوية).

إغفال الوسادات الحرارية على QFNs
- خطأ: فحص الأطراف ولكن تجاهل الوسادة الأرضية المركزية الكبيرة.
- تصحيح: الوسادة المركزية حاسمة لتبديد الحرارة. تأكد من أن تكون الفراغات هنا < 50% (أو حسب مواصفات العميل المحددة).
طاقة عالية على كثافة منخفضة
- خطأ: استخدام إعدادات kV عالية للوحات الرقيقة والمرنة. يمر الشعاع بسهولة بالغة، مما يؤدي إلى صورة باهتة ذات تباين منخفض.
- تصحيح: خفض الجهد لزيادة التباين للمواد الأخف.
إهمال حشوات الكعب في THT
- خطأ: استخدام الأشعة السينية فقط لـ SMT.
- تصحيح: الأشعة السينية هي أفضل طريقة للتحقق من ملء البرميل (75% أو 100%) لموصلات تقنية الثقب الواحد (THT) التي يحجبها جسم الموصل.

الأسئلة الشائعة حول مقدمة فحص الأشعة السينية (التكلفة، المهلة، المواد، الاختبار، معايير القبول)

لإنهاء التطبيق العملي، إليك إجابات على الأسئلة الأكثر شيوعًا بخصوص لوجستيات ومعايير مقدمة فحص الأشعة السينية.

1. كيف تؤثر مقدمة فحص الأشعة السينية على تكلفة التجميع؟ تضيف فحوصات الأشعة السينية تكلفة إضافية مقارنة بالفحص البصري التلقائي (AOI) القياسي لأن المعدات أغلى والعملية أبطأ. ومع ذلك، بالنسبة للوحات BGA/QFN، فإن تكلفة عدم الفحص (إعادة العمل، الفشل الميداني) أعلى بكثير. في APTPCB، نقوم بتحسين ذلك باستخدام خطط أخذ العينات للدفعات المستقرة وفحص بنسبة 100% للمنتجات الجديدة (NPI).

2. هل يؤدي إدخال فحص الأشعة السينية إلى زيادة مهلة الإنتاج؟ يمكن أن يكون فحص AXI المدمج عنق زجاجة إذا لم يتم موازنته بشكل صحيح. يضيف الفحص الدفعي غير المتصل بالإنترنت وقتًا ضئيلاً (عادةً أقل من يوم واحد) إلى إجمالي وقت التسليم. بالنسبة للنماذج الأولية سريعة التنفيذ، نعطي الأولوية للأشعة السينية لضمان الحصول على ملاحظات فورية.

3. ما هي المواد التي تتداخل مع نتائج فحص الأشعة السينية؟ المعادن الثقيلة (دروع الترددات اللاسلكية، المشتتات الحرارية النحاسية السميكة، المحاثات الكبيرة) تحجب الأشعة السينية، مما يخلق "ظلالاً". إذا تم وضع BGA تحت درع معدني، فلا يمكن للأشعة السينية رؤيته بفعالية. صمم الدرع ليكون قابلاً للإزالة أو ضعه بعد الفحص.

4. كيف تقارن تغطية اختبار فحص الأشعة السينية باختبار الدائرة المتكاملة (ICT)؟ تفحص الأشعة السينية السلامة الهيكلية (شكل اللحام، الفراغات)، بينما يفحص اختبار الدائرة المتكاملة (ICT) الوظيفة الكهربائية. إنهما متكاملان. يمكن للأشعة السينية العثور على وصلة هامشية تمر باختبار ICT كهربائيًا ولكنها ستفشل ميكانيكيًا لاحقًا بسبب الاهتزاز.

5. ما هي معايير القبول القياسية لفحص الأشعة السينية؟ نحن نتبع بدقة معيار IPC-A-610 (مقبولية التجميعات الإلكترونية). بالنسبة للفئة 2، يجب أن تكون الفراغات أقل من 25% من مساحة الكرة. بالنسبة للفئة 3 (موثوقية عالية)، قد تكون المعايير أكثر صرامة اعتمادًا على نوع العيب المحدد.

6. هل يمكن للأشعة السينية أن تلحق الضرر بالمكونات الحساسة؟ بشكل عام، لا. جرعة الإشعاع المستخدمة لفحص لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) منخفضة جدًا وآمنة للسيليكون والذاكرة القياسية. ومع ذلك، قد يكون لبعض المستشعرات المتخصصة أو ذاكرة الفلاش غير المبرمجة حدود تعرض، والتي يجب الإبلاغ عنها خلال مرحلة عرض الأسعار.

7. ما الفرق بين الأشعة السينية ثنائية الأبعاد ونصف وثلاثية الأبعاد (2.5D و 3D X-ray)؟ تسمح تقنية 2.5D للمكشاف بالإمالة، مما يتيح للمشغلين النظر "تحت" المكون من زاوية. تبني تقنية 3D نموذجًا حجميًا طبقة تلو الأخرى. غالبًا ما تكون تقنية 2.5D كافية لتصحيح الأخطاء؛ بينما تعتبر تقنية 3D الأفضل للاختبار التلقائي للنجاح/الفشل على اللوحات المعقدة.

8. لماذا أرى وصلات لحام "رمادية" في صورة الأشعة السينية؟ يمتص اللحام الأشعة السينية، لذلك يجب أن يظهر داكنًا. إذا ظهر رماديًا فاتحًا، فقد يشير ذلك إلى حجم لحام غير كافٍ، أو وصلة لحام "باردة"، أو عيب "Head-in-Pillow" حيث لم تلتصق الكرة بالكامل بالمعجون.

معايير جودة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB): فهم السياق الأوسع لمراقبة الجودة بما يتجاوز مجرد الأشعة السينية.
معايير IPC: المصدر الرسمي لمعايير القبول (IPC-A-610).
عارض Gerber: استخدم أدواتنا للتحقق من تصميمك لتحديد موضع BGA قبل التصنيع.

مقدمة عن فحص الأشعة السينية: مسرد المصطلحات (المصطلحات الرئيسية)

المصطلح	التعريف
AXI	الفحص التلقائي بالأشعة السينية. آلة تقوم بمسح وتقييم وصلات اللحام تلقائيًا بناءً على الخوارزميات.
BGA	مصفوفة كرات اللحام (Ball Grid Array). حزمة مكونات تكون فيها التوصيلات تحت الشريحة، وتتطلب الأشعة السينية للفحص.
الفراغات	هواء أو غاز تدفق محبوس داخل وصلة لحام. يُقاس كنسبة مئوية من إجمالي مساحة الوصلة.
التجسير	عيب حيث يربط اللحام وسادتين متجاورتين يجب أن تكونا معزولتين كهربائيًا (دارة قصر).
رأس في الوسادة (HiP)	عيب حيث تستقر كرة BGA على معجون اللحام ولكنها لا تندمج في وصلة واحدة.
التصوير الطبقي	تقنية أشعة سينية ثلاثية الأبعاد تنشئ شرائح مقطعية للوحة لعزل طبقات محددة.
تدرج الرمادي	نطاق الظلال من الأسود إلى الأبيض في صورة الأشعة السينية، ويمثل كثافة المادة.
مجال الرؤية (FOV)	المنطقة المادية للوحة الدوائر المطبوعة التي يمكن رؤيتها بواسطة كاشف الأشعة السينية في لقطة واحدة.
ميكرون (µm)	وحدة قياس الدقة. 1 ميكرون = 0.001 ملم. حاسم للكشف عن الشقوق الدقيقة.
كيلو فولت (kV)	وحدة الطاقة لأنبوب الأشعة السينية. كلما زاد الكيلو فولت، زادت قدرته على اختراق المواد الأكثر كثافة.
IPC-A-610	المواصفات القياسية الصناعية لمقبولية التجميعات الإلكترونية.
كرة اللحام	وصلة اللحام الكروية على حزمة BGA.

الخلاصة: مقدمة عن فحص الأشعة السينية – الخطوات التالية

إن إتقان مقدمة فحص الأشعة السينية يتجاوز مجرد النظر إلى الصور بالأبيض والأسود؛ إنه يتعلق بضمان الموثوقية طويلة الأمد لمنتجاتك الإلكترونية. من تحديد المقاييس الصحيحة مثل نسبة الفراغات إلى الاختيار بين الفحص ثنائي وثلاثي الأبعاد بناءً على تعقيد لوحتك، تعد الأشعة السينية الحارس النهائي للجودة الخفية.

في APTPCB، ندمج فحص الأشعة السينية المتقدم في سير عملنا القياسي لجميع تجميعات مكونات BGA والمكونات الخالية من الرصاص. لضمان سير مشروعك التالي بسلاسة خلال عملية التحقق، يرجى تقديم ما يلي عند طلب عرض أسعار:

ملفات جربر (Gerber Files): لتحليل كثافة المكونات وتحديد موضعها.
تفاصيل التراص (Stackup Details): لتحديد السمك الكلي للوحة وقوة الأشعة السينية المطلوبة.
متطلبات الاختبار (Test Requirements): حدد ما إذا كنت بحاجة إلى فحص الفئة 2 أو الفئة 3، أو إذا كانت لديك حدود فراغات مخصصة.
المكونات الحيوية (Critical Components): سلط الضوء على أي مكونات BGA أو QFN محددة تتطلب تحققًا بنسبة 100% بالأشعة السينية.

هل أنت مستعد للتحقق من تصميمك؟ اتصل بنا اليوم لإجراء مراجعة شاملة لتصميمك من أجل التصنيع (DFM).