Einführung in die Röntgeninspektion

Wichtigste Erkenntnisse

Definition: Die Röntgeninspektion (AXI) ist eine zerstörungsfreie Prüfmethode, die zur Visualisierung versteckter Lötstellen, wie z. B. unter BGAs, QFNs und CSPs, eingesetzt wird.
Kritisches Maß: Der Hohlraumanteil ist der häufigste Qualitätsindikator; typischerweise sollten Hohlräume gemäß IPC-Standards unter 25 % der Lötstellenfläche bleiben.
Auflösung zählt: Hochauflösende Systeme (gemessen in Mikrometern) sind erforderlich, um Mikrorisse und Head-in-Pillow-Defekte zu erkennen.
Missverständnis: Die Röntgeninspektion ersetzt nicht die optische Inspektion; sie ergänzt die aoi-grundlagen, indem sie Bereiche abdeckt, die Sichtlinienkameras nicht erreichen können.
Prozesstipp: 3D-Röntgen (Laminographie) ist für doppelseitige Leiterplatten unerlässlich, um Bildstörungen durch Bauteile auf der gegenüberliegenden Seite zu vermeiden.
Validierung: Die Akzeptanz basiert auf Graustufen-Dichteunterschieden, die die Lotdicke und -form anzeigen.
Standard: Beziehen Sie sich immer auf die Lötstellenkriterien der IPC-A-610 Klasse 2 oder Klasse 3, wenn Sie Gut/Schlecht-Schwellenwerte festlegen.

Was die Einführung in die Röntgeninspektion wirklich bedeutet (Umfang & Grenzen)

Das Verständnis der Kernmechanismen der Inspektionstechnologie ist der erste Schritt, bevor spezifische Metriken analysiert werden. Eine Einführung in die Röntgeninspektion muss mit der Definition der Rolle der Technologie in der modernen Elektronikfertigung beginnen: Es ist die einzige zerstörungsfreie Methode, um Verbindungen zu überprüfen, die physisch nicht sichtbar sind. Im Kontext der Leiterplattenbestückung (PCBA) nutzt die Röntgeninspektion hochfrequente elektromagnetische Wellen, um das PCB-Material zu durchdringen. Lot, das dicht ist und Schwermetalle wie Zinn, Blei oder Silber enthält, absorbiert diese Wellen stärker als das Glasfasersubstrat oder Siliziumchips. Diese Absorption erzeugt ein Schattenbild (Graustufen), bei dem dunklere Bereiche dickeres oder dichteres Material darstellen.

Für Hersteller wie APTPCB (APTPCB Leiterplattenfabrik) ist diese Technologie unverzichtbar. Da Bauteile schrumpfen und die Dichte zunimmt, wird die traditionelle Sichtprüfung unzureichend. Röntgenstrahlen werden hauptsächlich verwendet für:

Verborgene Lötstellen: Ball Grid Arrays (BGAs), Quad Flat No-leads (QFNs) und Flip Chips.
Durchkontaktierungsfüllung: Überprüfung der Füllprozentsätze von Hülsen in Steckverbindern.
Mehrschichtausrichtung: Überprüfung der Innenlagenregistrierung während der Herstellung von Rohplatinen.
Fälschungserkennung: Inspektion der Drahtbondierung innerhalb von IC-Gehäusen.

Während die automatische optische Inspektion (AOI) sichtbare oberflächenmontierte Bauteile prüft, kümmert sich die Röntgeninspektion um die "unsichtbaren" Risiken.

Kennzahlen der Röntgeninspektion, die wichtig sind (wie man Qualität bewertet)

Sobald der Inspektionsumfang definiert ist, müssen Ingenieure die Qualität anhand spezifischer Datenpunkte quantifizieren. Die folgende Tabelle skizziert die kritischen Kennzahlen, die während einer Einführung in die Röntgeninspektion und im täglichen Betrieb verwendet werden, um die Zuverlässigkeit der Platine zu gewährleisten.

Kennzahl	Warum sie wichtig ist	Typischer Bereich oder Einflussfaktoren	Wie man misst
Hohlraumanteil	Große Lufteinschlüsse schwächen die Verbindung und reduzieren die Wärmeleitfähigkeit.	< 25% (Klasse 2/3). < 15% für Hochleistungs-LEDs.	Berechnete Fläche des Hohlraums geteilt durch die Gesamtfläche der Kugel.
Grauwert	Zeigt die Lötmitteldicke und -dichte an. Inkonsistente Werte deuten auf offene Stromkreise oder unzureichendes Lötmittel hin.	0 (Schwarz) bis 255 (Weiß). Lötmittel erscheint normalerweise dunkelgrau/schwarz.	Histogrammanalyse der Pixeldichte im Bild.
Auflösung (Mikrometer)	Bestimmt den kleinsten sichtbaren Defekt. Entscheidend für Mikro-BGAs.	0,5µm bis 5µm. Niedriger ist besser für feine Raster.	Kalibriert mit einem Auflösungsziel oder Messgerät.
Röhrenspannung (kV)	Höhere Spannung durchdringt dickere Platinen und Abschirmungen, reduziert aber den Kontrast bei hellen Materialien.	80kV bis 160kV je nach Platinendicke.	Einstellung über die Steuerungssoftware des Röntgengeräts.
Sichtfeld (FOV)	Der Bereich, der in einem einzigen Scan sichtbar ist. Ein größeres FOV ist schneller, verringert aber die Vergrößerung.	10mm x 10mm bis 50mm x 50mm.	Physikalische Bewegung des Detektors oder Tisches.
Fehlalarmrate	Hohe Fehlalarme verlangsamen die Produktion; niedrige Fehlalarme bergen das Risiko, dass Defekte übersehen werden.	Ziel < 500 ppm (Teile pro Million).	Vergleich von Maschinenkennzeichnungen und Bedienerverifizierung.
Rundheit der Lötperle	Verzerrte Formen deuten auf Reflow-Probleme oder Pad-Fehlausrichtung hin.	Abweichung von einem perfekten Kreis (1,0).	Algorithmen der geometrischen Analyse-Software.

Auswahlhilfe nach Szenario (Kompromisse)

Nachdem die Metriken festgelegt wurden, besteht die nächste Herausforderung darin, die richtige Inspektionsstrategie für Ihren spezifischen Produkttyp auszuwählen. Dieser Abschnitt behandelt, "wie man" den korrekten Ansatz zur Röntgeninspektion im Vergleich zu anderen Testmethoden basierend auf Produktionsszenarien auswählt.

Szenario 1: Standard-SMT mit passiven Komponenten

Empfehlung: Nur AOI.
Kompromiss: Röntgen ist langsam und teuer. Wenn alle Anschlüsse sichtbar sind (Widerstände, Kondensatoren, SOIC), ist AOI schneller und ausreichend.
Fazit: Röntgeninspektion überspringen, es sei denn, es müssen spezifische Lötfehler behoben werden.

Szenario 2: Komplexe BGA- und QFN-Bestückung

Empfehlung: 2D Automatische Röntgeninspektion (AXI).
Kompromiss: Wesentlich für die Qualität. Diese Lötstellen können nicht visuell inspiziert werden. 2D ist schneller als 3D, hat aber Schwierigkeiten, wenn sich Komponenten auf beiden Seiten der Platine befinden.
Fazit: Obligatorisch. Weitere Details finden Sie unter unseren Fähigkeiten in der BGA- und QFN-Bestückung.

Szenario 3: Doppelseitige hochdichte Platinen

Empfehlung: 3D-Röntgen (Laminographie).
Kompromiss: 2D-Röntgen erzeugt überlappende Bilder von oberen und unteren Komponenten, was eine Analyse unmöglich macht. 3D schneidet das Bild, um sich auf eine Schicht zu konzentrieren. Es ist langsamer, aber genau.
Fazit: Erforderlich für doppelseitig bestückte Platinen.

Szenario 4: Hohe Zuverlässigkeit (Automobil/Luft- und Raumfahrt)

Empfehlung: 100 % Inline-AXI.
Kompromiss: Jede einzelne Platine wird automatisch gescannt. Dies führt zu einem Engpass in der Linie, garantiert aber null Durchschlüpfer bei kritischen Defekten.
Urteil: Notwendig für sicherheitskritische Anwendungen.

Szenario 5: Prototyp und NPI (Neue Produkteinführung)

Empfehlung: Manuelle Röntgenprüfung (Offline).
Kompromiss: Ein Bediener bewegt die Platine manuell, um bestimmte Bereiche zu inspizieren. Dies ist flexibel für die Fehlerbehebung bei Prozessproblemen, aber zu langsam für die Serienfertigung.
Urteil: Am besten für technische Analysen und die Erstmusterprüfung.

Szenario 6: Herstellung von Leiterplatten ohne Bestückung

Empfehlung: Röntgenprüfung der Bohrzielverifizierung.
Kompromiss: Wird verwendet, um die Ausrichtung der Innenlagen vor dem Bohren zu überprüfen. Nicht für die Lötqualität, sondern für die strukturelle Integrität.
Urteil: Standardprozess in der Mehrlagen-Leiterplattenfertigung.

Implementierungs-Checkpoints für die Einführung der Röntgeninspektion (vom Design bis zur Fertigung)

Die Auswahl der richtigen Methode ist nur dann effektiv, wenn der Implementierungsprozess streng kontrolliert wird. Eine erfolgreiche Einführung der Röntgeninspektion erfordert Checkpoints in jeder Phase, vom anfänglichen Layout bis zum endgültigen Reflow-Ofen.

1. Designphase: Pad-Geometrie

Empfehlung: Stellen Sie sicher, dass BGA-Pads nach Möglichkeit "Non-Solder Mask Defined" (NSMD) sind, um einen besseren Röntgenkontrast zu erzielen.
Risiko: Eine schlechte Pad-Definition macht die automatisierte Messung des Kugeldurchmessers ungenau.
Akzeptanz: DFM-Prüfung bestanden. 2. Designphase: Bauteilplatzierung
Empfehlung: Vermeiden Sie es, schwere Bauteile (Transformatoren) direkt gegenüber von Fine-Pitch-BGAs auf doppelseitigen Platinen zu platzieren.
Risiko: Abschattungseffekte in Röntgenbildern.
Akzeptanz: Überprüfung des 3D-Modells.

3. Materialphase: Auswahl der Lötpaste

Empfehlung: Verwenden Sie eine konsistente Partikelgröße (Typ 4 oder 5) für Fine-Pitch-Bauteile.
Risiko: Inkonsistentes Pastenvolumen führt zu Hohlräumen, die im Röntgenbild sichtbar sind.
Akzeptanz: Korrelation der Pasteninspektionsdaten (SPI).

4. Einrichtungsphase: Maschinenkalibrierung

Empfehlung: Kalibrieren Sie die Graustufen- und geometrische Genauigkeit täglich.
Risiko: Messwertdrift führt zu falschen Bestanden-Meldungen.
Akzeptanz: Überprüfung des Kalibrierziels.

5. Prozessphase: Reflow-Profil

Empfehlung: Optimieren Sie die Einweichzonen, um Hohlraumbildung zu minimieren.
Risiko: Schnelles Ausgasen erzeugt Hohlräume > 25%.
Akzeptanz: Röntgen-Stichprobenlauf zeigt Hohlräume innerhalb der Spezifikation.

6. Inspektionsphase: Schwellenwertabstimmung

Empfehlung: Stimmen Sie die Empfindlichkeit ab, um Fehlalarme und Durchschlupf auszugleichen.
Risiko: Zu empfindlich = Produktionsstopps; Zu locker = Defekte werden ausgeliefert.
Akzeptanz: Gage R&R-Studie.

7. Validierungsphase: Bildspeicherung

Empfehlung: Archivieren Sie Röntgenbilder für kritische Bauteile nach Seriennummer.
Risiko: Keine Rückverfolgbarkeit bei Feldausfällen.
Akzeptanz: Überprüfung des Datenbankprotokolls.

8. Wartungsphase: Röhrenlebensdauer

Empfehlung: Röntgenröhrenstunden überwachen.
Risiko: Filamentdegradation reduziert die Bildschärfe.
Akzeptanz: Einhaltung des präventiven Wartungsplans.

Für einen tieferen Einblick, wie wir diese Schritte handhaben, lesen Sie unsere Röntgeninspektionsfähigkeiten.

Häufige Fehler bei der Einführung der Röntgeninspektion (und der richtige Ansatz)

Selbst mit robusten Prüfpunkten tappen Hersteller bei der Ausführung oft in bestimmte Fallen. Dieser Abschnitt beleuchtet häufige Fehler bei der Durchführung einer Einführung in die Röntgeninspektion und wie APTPCB diese vermeidet.

Ausschließlich auf 2D bei doppelseitigen Leiterplatten verlassen
- Fehler: Versuch, ein BGA auf der Oberseite zu inspizieren, während sich ein QFN direkt darunter auf der Unterseite befindet. Die Bilder verschmelzen, was die Hohlraumberechnung unmöglich macht.
- Korrektur: Verwenden Sie 3D-Laminographie oder versetzte Bauteilplatzierung während des Designs.
„Head-in-Pillow“ (HiP)-Defekte ignorieren
- Fehler: Nur auf Kurzschlüsse und Brücken konzentrieren. HiP-Defekte (bei denen die Kugel auf dem Pad liegt, aber nicht verschmilzt) sehen in der 2D-Röntgenaufnahme oft wie gute Kreise aus.
- Korrektur: Verwenden Sie abgewinkelte Ansichten (schräge Röntgenaufnahme) oder 3D-Inspektion, um die Grenzflächenform zu sehen.
Fehlinterpretation der Hohlraumkriterien
- Fehler: Jede Leiterplatte mit einem Hohlraum ablehnen. Kleine Hohlräume sind normal und oft akzeptabel.

Korrektur: Befolgen Sie die IPC-A-610-Standards. Nur ablehnen, wenn die kumulative Hohlraumfläche den Grenzwert (üblicherweise 25 %) überschreitet oder wenn Hohlräume an der Grenzfläche (planare Mikrohohlräume) liegen.

Übersehen von Wärmeleitpads auf QFNs
- Fehler: Inspektion der Anschlüsse, aber Ignorieren des großen zentralen Masse-Pads.
- Korrektur: Das zentrale Pad ist entscheidend für die Wärmeableitung. Stellen Sie sicher, dass die Hohlraumbildung hier < 50 % beträgt (oder gemäß spezifischer Kundenspezifikation).
Hohe Leistung bei geringer Dichte
- Fehler: Verwendung hoher kV-Einstellungen für dünne, flexible Platinen. Der Strahl dringt zu leicht hindurch, was zu einem ausgewaschenen Bild mit geringem Kontrast führt.
- Korrektur: Senken Sie die Spannung, um den Kontrast für leichtere Materialien zu erhöhen.
Vernachlässigung der Fersenkehlen bei THT
- Fehler: Röntgen nur für SMT verwenden.
- Korrektur: Röntgen ist die beste Methode, um die Lochfüllung (75 % oder 100 %) für Durchsteckmontage (THT)-Steckverbinder zu überprüfen, die durch das Steckergehäuse verdeckt sind.

FAQ zur Röntgeninspektion (Einführung) (Kosten, Lieferzeit, Materialien, Prüfung, Abnahmekriterien)

Um die praktische Anwendung abzuschließen, finden Sie hier Antworten auf die häufigsten Fragen bezüglich der Logistik und Standards der Röntgeninspektion (Einführung).

1. Wie beeinflusst die Einführung der Röntgeninspektion die Montagekosten? Die Röntgeninspektion verursacht im Vergleich zur Standard-AOI einen Kostenaufschlag, da die Ausrüstung teurer und der Prozess langsamer ist. Bei BGA/QFN-Leiterplatten sind die Kosten für die Nicht-Inspektion (Nacharbeit, Feldausfall) jedoch erheblich höher. Bei APTPCB optimieren wir dies, indem wir Stichprobenpläne für stabile Lose und eine 100%ige Inspektion für NPI verwenden.

2. Erhöht die Einführung der Röntgeninspektion die Produktionsvorlaufzeit? Inline-AXI kann ein Engpass sein, wenn sie nicht richtig ausbalanciert ist. Die Offline-Chargeninspektion fügt der gesamten Bearbeitungszeit nur minimale Zeit hinzu (normalerweise weniger als 1 Tag). Bei Prototypen mit kurzer Durchlaufzeit priorisieren wir die Röntgeninspektion, um sofortiges Feedback zu gewährleisten.

3. Welche Materialien stören die Ergebnisse der Röntgeninspektion? Schwermetalle (HF-Abschirmungen, dicke Kupferkühlkörper, große Induktivitäten) blockieren Röntgenstrahlen und erzeugen „Schatten“. Wenn ein BGA unter einer Metallabschirmung platziert wird, kann die Röntgeninspektion nicht effektiv hindurchsehen. Gestalten Sie die Abschirmung abnehmbar oder platzieren Sie sie nach der Inspektion.

4. Wie verhält sich die Testabdeckung der Röntgeninspektion im Vergleich zu ICT? Die Röntgeninspektion prüft die strukturelle Integrität (Lötform, Hohlräume), während der In-Circuit-Test (ICT) die elektrische Funktion prüft. Sie ergänzen sich. Die Röntgeninspektion kann eine grenzwertige Lötstelle finden, die den ICT elektrisch besteht, aber später aufgrund von Vibrationen mechanisch versagt.

5. Was sind die Standard-Abnahmekriterien für die Röntgeninspektion? Wir halten uns streng an IPC-A-610 (Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen). Für Klasse 2 müssen Hohlräume unter 25 % der Kugeloberfläche liegen. Für Klasse 3 (Hohe Zuverlässigkeit) können die Kriterien je nach spezifischem Defekttyp strenger sein.

6. Können Röntgenstrahlen empfindliche Bauteile beschädigen? Im Allgemeinen nein. Die Strahlendosis, die für die PCBA-Inspektion verwendet wird, ist sehr gering und sicher für Standard-Silizium und Speicher. Bestimmte spezialisierte Sensoren oder unprogrammierte Flash-Speicher können jedoch Belastungsgrenzen haben, die während der Angebotsphase mitgeteilt werden sollten.

7. Was ist der Unterschied zwischen 2.5D- und 3D-Röntgen? 2.5D ermöglicht es dem Detektor, sich zu neigen, sodass Bediener ein Bauteil aus einem Winkel "unter" sich betrachten können. 3D erstellt ein volumetrisches Modell Schicht für Schicht. 2.5D ist oft ausreichend für die Fehlersuche; 3D ist am besten für die automatisierte Gut/Schlecht-Prüfung auf komplexen Platinen.

8. Warum sehe ich "graue" Lötstellen im Röntgenbild? Lot absorbiert Röntgenstrahlen, daher sollte es dunkel erscheinen. Wenn es hellgrau erscheint, kann dies auf unzureichendes Lotvolumen, eine "kalte" Lötstelle oder einen Head-in-Pillow-Defekt hinweisen, bei dem die Kugel nicht vollständig mit der Paste benetzt wurde.

Ressourcen für die Einführung in die Röntgeninspektion (verwandte Seiten und Tools)

Leiterplatten-Qualitätsstandards: Verstehen Sie den breiteren Kontext der Qualitätskontrolle über die Röntgenprüfung hinaus.
IPC-Standards: Die offizielle Quelle für Abnahmekriterien (IPC-A-610).
Gerber Viewer: Nutzen Sie unsere Tools, um Ihr Layout auf BGA-Platzierung vor der Fertigung zu überprüfen.

Einführung in die Röntgeninspektion: Glossar (Schlüsselbegriffe)

Begriff	Definition
AXI	Automatische Röntgeninspektion. Eine Maschine, die Lötstellen basierend auf Algorithmen automatisch scannt und bewertet.
BGA	Ball Grid Array. Ein Bauteilgehäuse, bei dem sich die Verbindungen unter dem Chip befinden und eine Röntgeninspektion erfordern.
Lunkerbildung	Luft oder Flussmittelgas, das in einer Lötstelle eingeschlossen ist. Gemessen als Prozentsatz der gesamten Lötstellenfläche.
Brückenbildung	Ein Defekt, bei dem Lot zwei benachbarte Pads verbindet, die elektrisch isoliert sein sollten (ein Kurzschluss).
Head-in-Pillow (HiP)	Ein Defekt, bei dem die BGA-Kugel auf der Lötpaste aufliegt, aber nicht zu einer einzigen Lötstelle verschmilzt.
Laminographie	Eine 3D-Röntgentechnik, die Querschnittsscheiben der Platine erstellt, um bestimmte Schichten zu isolieren.
Graustufen	Der Bereich der Schattierungen von Schwarz bis Weiß in einem Röntgenbild, der die Materialdichte darstellt.
Sichtfeld (FOV)	Der physische Bereich der Leiterplatte, der vom Röntgendetektor in einer einzigen Aufnahme erfasst werden kann.
Mikron (µm)	Maßeinheit für die Auflösung. 1 µm = 0,001 mm. Entscheidend für die Erkennung von Mikrorissen.
kV (Kilovolt)	Die Energieeinheit für die Röntgenröhre. Höhere kV durchdringen dichtere Materialien.
IPC-A-610	Die Industriestandardspezifikation für die Akzeptanz elektronischer Baugruppen.
Lötkugel	Die kugelförmige Lötverbindung auf einem BGA-Gehäuse.

Fazit: Einführung in die Röntgeninspektion – nächste Schritte

Die Beherrschung der Einführung in die Röntgeninspektion geht über das bloße Betrachten von Schwarz-Weiß-Bildern hinaus; es geht darum, die langfristige Zuverlässigkeit Ihrer elektronischen Produkte sicherzustellen. Von der Definition der richtigen Metriken wie dem Hohlraumanteil bis zur Auswahl zwischen 2D- und 3D-Inspektion basierend auf der Komplexität Ihrer Platine ist die Röntgenprüfung der ultimative Wächter für verborgene Qualität.

Bei APTPCB integrieren wir fortschrittliche Röntgeninspektion in unseren Standard-Workflow für alle BGA- und bleifreien Bauteilbaugruppen. Um sicherzustellen, dass Ihr nächstes Projekt reibungslos durch die Validierung läuft, geben Sie bitte bei der Angebotsanfrage Folgendes an:

Gerber-Dateien: Zur Analyse der Bauteildichte und -platzierung.
Schichtaufbau-Details: Zur Bestimmung der Gesamtplatinendicke und der erforderlichen Röntgenleistung.
Testanforderungen: Geben Sie an, ob Sie eine Inspektion der Klasse 2 oder Klasse 3 benötigen oder ob Sie benutzerdefinierte Hohlraumgrenzwerte haben.
Kritische Komponenten: Heben Sie alle spezifischen BGAs oder QFNs hervor, die eine 100%ige Röntgenvalidierung erfordern.

Bereit, Ihr Design zu validieren? Kontaktieren Sie uns noch heute für eine umfassende DFM-Überprüfung.