Introducción a la inspección por rayos X

Puntos clave

Definición: La inspección por rayos X (AXI) es un método de prueba no destructivo utilizado para visualizar uniones de soldadura ocultas, como las que se encuentran debajo de BGAs, QFNs y CSPs.
Métrica crítica: El porcentaje de vacíos es el indicador de calidad más común; típicamente, los vacíos deben permanecer por debajo del 25% del área de la unión de soldadura según los estándares IPC.
La resolución importa: Los sistemas de alta resolución (medidos en micras) son necesarios para detectar microfisuras y defectos de tipo "Head-in-Pillow".
Concepto erróneo: La inspección por rayos X no reemplaza la inspección óptica; complementa los conceptos básicos de AOI al cubrir áreas a las que las cámaras de línea de visión no pueden llegar.
Consejo de proceso: La radiografía 3D (laminografía) es esencial para placas de doble cara para evitar la interferencia de imagen de los componentes del lado opuesto.
Validación: La aceptación se basa en las diferencias de densidad en escala de grises, lo que indica el grosor y la forma de la soldadura.
Estándar: Siempre consulte los criterios de unión de soldadura IPC-A-610 Clase 2 o Clase 3 al establecer los umbrales de aprobación/rechazo.

Lo que realmente significa la introducción a la inspección por rayos X (alcance y límites)

Comprender la mecánica central de la tecnología de inspección es el primer paso antes de analizar métricas específicas. Una introducción a la inspección por rayos X debe comenzar definiendo el papel de la tecnología en la fabricación electrónica moderna: es la única forma no destructiva de verificar conexiones que están físicamente ocultas a la vista. En el contexto del Ensamblaje de Placas de Circuito Impreso (PCBA), la inspección por rayos X utiliza ondas electromagnéticas de alta frecuencia para penetrar el material de la PCB. La soldadura, al ser densa y contener metales pesados como estaño, plomo o plata, absorbe estas ondas más que el sustrato de fibra de vidrio o los chips de silicio. Esta absorción crea una imagen de sombra (escala de grises) donde las áreas más oscuras representan material más grueso o más denso.

Para fabricantes como APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB), esta tecnología es indispensable. A medida que los componentes se reducen y la densidad aumenta, la inspección visual tradicional resulta insuficiente. Los rayos X se utilizan principalmente para:

Uniones ocultas: Ball Grid Arrays (BGAs), Quad Flat No-leads (QFNs) y Flip Chips.
Relleno de orificios pasantes: Verificación de los porcentajes de relleno del barril en los conectores.
Alineación multicapa: Comprobación del registro de las capas internas durante la fabricación de la placa desnuda.
Detección de falsificaciones: Inspección del cableado interno en los encapsulados de circuitos integrados.

Mientras que la Inspección Óptica Automatizada (AOI) se encarga de las piezas de montaje superficial visibles, los rayos X gestionan los riesgos "invisibles".

Métricas clave de la inspección por rayos X (cómo evaluar la calidad)

Una vez definido el alcance de la inspección, los ingenieros deben cuantificar la calidad utilizando puntos de datos específicos. La siguiente tabla describe las métricas críticas utilizadas durante una introducción a la inspección por rayos X y en las operaciones diarias para garantizar la fiabilidad de la placa.

Métrica	Por qué es importante	Rango típico o factores influyentes	Cómo medir
Porcentaje de Vacío	Grandes bolsas de aire debilitan la unión y reducen la conductividad térmica.	< 25% (Clase 2/3). < 15% para LEDs de alta potencia.	Área calculada del vacío dividida por el área total de la bola.
Valor de Escala de Grises	Indica el grosor y la densidad de la soldadura. Valores inconsistentes sugieren circuitos abiertos o soldadura insuficiente.	0 (Negro) a 255 (Blanco). La soldadura suele aparecer gris oscuro/negro.	Análisis de histograma de la densidad de píxeles en la imagen.
Resolución (Micras)	Determina el defecto más pequeño visible. Crucial para micro-BGAs.	0,5µm a 5µm. Menor es mejor para paso fino.	Calibrado usando un objetivo de resolución o un medidor.
Voltaje del Tubo (kV)	Un voltaje más alto penetra placas y blindajes más gruesos, pero reduce el contraste en materiales claros.	80kV a 160kV dependiendo del grosor de la placa.	Se establece a través del software de control de la máquina de rayos X.
Campo de Visión (FOV)	El área visible en un solo escaneo. Un FOV más grande es más rápido pero reduce la magnificación.	10mm x 10mm a 50mm x 50mm.	Movimiento físico del detector o de la platina.
Tasa de Falsas Alarmas	Las altas falsas alarmas ralentizan la producción; las bajas falsas alarmas corren el riesgo de que se escapen defectos.	Objetivo < 500 ppm (partes por millón).	Comparación de las banderas de la máquina con la verificación del operador.
Circularidad de la Bola de Soldadura	Las formas distorsionadas indican problemas de reflujo o desalineación de las almohadillas.	Desviación de un círculo perfecto (1,0).	Algoritmos de software de análisis geométrico.

Cómo elegir la inspección por rayos X: guía de selección por escenario (compromisos)

Después de establecer las métricas, el siguiente desafío es seleccionar la estrategia de inspección adecuada para su tipo de producto específico. Esta sección cubre "cómo elegir" el enfoque correcto de inspección por rayos X frente a otros métodos de prueba basados en escenarios de producción.

Escenario 1: SMT estándar con componentes pasivos

Recomendación: Solo AOI.
Compromiso: Los rayos X son lentos y caros. Si todos los terminales son visibles (resistencias, condensadores, SOIC), el AOI es más rápido y suficiente.
Veredicto: Omita los rayos X a menos que esté solucionando defectos de soldadura específicos.

Escenario 2: Ensamblaje complejo BGA y QFN

Recomendación: Inspección automatizada por rayos X 2D (AXI).
Compromiso: Esencial para la calidad. No se pueden inspeccionar visualmente estas uniones. La 2D es más rápida que la 3D, pero tiene dificultades si los componentes están en ambos lados de la placa.
Veredicto: Obligatorio. Consulte nuestras capacidades en ensamblaje BGA y QFN para más detalles.

Escenario 3: Placas de doble cara de alta densidad

Recomendación: Rayos X 3D (Laminografía).
Compromiso: Los rayos X 2D producen imágenes superpuestas de los componentes superiores e inferiores, lo que hace imposible el análisis. La 3D segmenta la imagen para enfocarse en una capa. Es más lenta pero precisa.
Veredicto: Requerido para placas pobladas por ambos lados.

Escenario 4: Alta fiabilidad (Automotriz/Aeroespacial)

Recomendación: AXI en línea al 100%.
Compromiso: Cada placa se escanea automáticamente. Esto crea un cuello de botella en la línea, pero garantiza cero escapes para defectos críticos.
Veredicto: Necesario para aplicaciones críticas de seguridad.

Escenario 5: Prototipo y NPI (Introducción de Nuevo Producto)

Recomendación: Rayos X manuales (Fuera de línea).
Compromiso: Un operador mueve manualmente la placa para inspeccionar áreas específicas. Es flexible para depurar problemas de proceso, pero demasiado lento para el volumen.
Veredicto: Lo mejor para el análisis de ingeniería y la inspección del primer artículo.

Escenario 6: Fabricación de PCB desnudos

Recomendación: Verificación del objetivo de perforación por rayos X.
Compromiso: Se utiliza para verificar la alineación de las capas internas antes de la perforación. No para la calidad de la soldadura, sino para la integridad estructural.
Veredicto: Proceso estándar en la fabricación de PCB multicapa.

Puntos de control de implementación de la introducción de la inspección por rayos X (del diseño a la fabricación)

La selección del método correcto solo es efectiva si el proceso de implementación se controla rigurosamente. Una introducción exitosa de la inspección por rayos X requiere puntos de control en cada etapa, desde el diseño inicial hasta el horno de reflujo final.

1. Fase de diseño: Geometría de la almohadilla

Recomendación: Asegúrese de que las almohadillas BGA sean "Non-Solder Mask Defined" (NSMD) siempre que sea posible para un mejor contraste de rayos X.
Riesgo: Una definición deficiente de la almohadilla hace que la medición automatizada del diámetro de la bola sea imprecisa.
Aceptación: La verificación DFM es exitosa. 2. Fase de diseño: Colocación de componentes
Recomendación: Evite colocar componentes pesados (transformadores) directamente opuestos a BGAs de paso fino en placas de doble cara.
Riesgo: Efectos de sombreado en las imágenes de rayos X.
Aceptación: Revisión del modelado 3D.

3. Fase de materiales: Selección de la pasta de soldar

Recomendación: Utilice un tamaño de partícula consistente (Tipo 4 o 5) para componentes de paso fino.
Riesgo: Un volumen de pasta inconsistente conduce a la formación de huecos visibles en los rayos X.
Aceptación: Correlación de datos de inspección de pasta (SPI).

4. Fase de configuración: Calibración de la máquina

Recomendación: Calibre diariamente la escala de grises y la precisión geométrica.
Riesgo: La deriva en las mediciones conduce a falsos positivos.
Aceptación: Verificación del objetivo de calibración.

5. Fase de proceso: Perfil de reflujo

Recomendación: Optimice las zonas de remojo para minimizar la formación de huecos.
Riesgo: La desgasificación rápida crea huecos > 25%.
Aceptación: La ejecución de una muestra de rayos X muestra huecos dentro de las especificaciones.

6. Fase de inspección: Ajuste de umbrales

Recomendación: Ajuste la sensibilidad para equilibrar las falsas alarmas y los escapes.
Riesgo: Demasiado sensible = paradas de línea; Demasiado laxo = se envían defectos.
Aceptación: Estudio Gage R&R.

7. Fase de validación: Almacenamiento de imágenes

Recomendación: Archive las imágenes de rayos X de los componentes críticos por número de serie.
Riesgo: No hay trazabilidad si ocurren fallas en el campo.
Aceptación: Verificación del registro de la base de datos.

8. Fase de mantenimiento: Vida útil del tubo

Recomendación: Monitorear las horas de funcionamiento del tubo de rayos X.
Riesgo: La degradación del filamento reduce la nitidez de la imagen.
Aceptación: Adherencia al programa de mantenimiento preventivo.

Para una inmersión más profunda en cómo manejamos estos pasos, revise nuestras capacidades de inspección por rayos X.

Errores comunes en la introducción de la inspección por rayos X (y el enfoque correcto)

Incluso con puntos de control robustos, los fabricantes a menudo caen en trampas específicas durante la ejecución. Esta sección destaca los errores comunes al realizar una introducción a la inspección por rayos X y cómo APTPCB los evita.

Confiar únicamente en 2D para placas de doble cara
- Error: Intentar inspeccionar un BGA en la cara superior mientras un QFN está directamente debajo en la cara inferior. Las imágenes se fusionan, lo que hace imposible el cálculo de vacíos.
- Corrección: Utilizar laminografía 3D o el desplazamiento de componentes durante el diseño.
Ignorar los defectos "Head-in-Pillow" (HiP)
- Error: Centrarse solo en cortocircuitos y puentes. Los defectos HiP (donde la bola descansa sobre la almohadilla pero no se fusiona) a menudo parecen círculos buenos en la radiografía 2D.
- Corrección: Utilizar vistas anguladas (rayos X oblicuos) o inspección 3D para ver la forma de la interfaz.
Malinterpretar los criterios de vacío
- Error: Rechazar cualquier placa con un vacío. Los pequeños vacíos son normales y a menudo aceptables.

Corrección: Siga los estándares IPC-A-610. Rechace solo si el área acumulada de vacíos excede el límite (generalmente 25%) o si los vacíos están ubicados en la interfaz (microvacíos planares).

Pasar por alto las almohadillas térmicas en QFN
- Error: Inspeccionar los pines pero ignorar la gran almohadilla de tierra central.
- Corrección: La almohadilla central es crítica para la disipación de calor. Asegúrese de que la formación de vacíos aquí sea < 50% (o según las especificaciones específicas del cliente).
Alta potencia en baja densidad
- Error: Usar configuraciones de kV altas para placas delgadas y flexibles. El haz pasa con demasiada facilidad, lo que resulta en una imagen descolorida con bajo contraste.
- Corrección: Baje el voltaje para aumentar el contraste en materiales más ligeros.
Descuidar los filetes de talón en THT
- Error: Usar rayos X solo para SMT.
- Corrección: Los rayos X son la mejor manera de verificar el relleno del barril (75% o 100%) para los conectores de Tecnología de Agujero Pasante (THT) que están oscurecidos por el cuerpo del conector.

Preguntas frecuentes sobre la introducción a la inspección por rayos X (costo, plazo de entrega, materiales, pruebas, criterios de aceptación)

Para concluir la aplicación práctica, aquí tiene las respuestas a las preguntas más frecuentes sobre la logística y los estándares de la introducción a la inspección por rayos X.

1. ¿Cómo afecta la introducción de la inspección por rayos X al costo del ensamblaje? La inspección por rayos X añade un coste adicional en comparación con la AOI estándar porque el equipo es más caro y el proceso es más lento. Sin embargo, para las placas BGA/QFN, el coste de no inspeccionar (retrabajo, fallo en campo) es significativamente mayor. En APTPCB, optimizamos esto utilizando planes de muestreo para lotes estables y una inspección del 100% para NPI.

2. ¿La introducción de la inspección por rayos X aumenta el tiempo de entrega de producción? La AXI en línea puede ser un cuello de botella si no se equilibra correctamente. La inspección por lotes fuera de línea añade un tiempo mínimo (normalmente menos de 1 día) al tiempo total de respuesta. Para prototipos de entrega rápida, priorizamos los rayos X para garantizar una retroalimentación inmediata.

3. ¿Qué materiales interfieren con los resultados de la inspección por rayos X? Los metales pesados (blindajes de RF, disipadores de calor de cobre grueso, inductores grandes) bloquean los rayos X, creando "sombras". Si un BGA se coloca debajo de un blindaje metálico, los rayos X no pueden verlo eficazmente. Diseñe el blindaje para que sea extraíble o colóquelo después de la inspección.

4. ¿Cómo se compara la cobertura de prueba de la inspección por rayos X con la ICT? Los rayos X verifican la integridad estructural (forma de la soldadura, huecos), mientras que la prueba en circuito (ICT) verifica la función eléctrica. Son complementarios. Los rayos X pueden encontrar una unión marginal que pasa la ICT eléctricamente pero que fallará mecánicamente más tarde debido a la vibración.

5. ¿Cuáles son los criterios de aceptación estándar para la inspección por rayos X? Seguimos estrictamente la norma IPC-A-610 (Aceptabilidad de Ensambles Electrónicos). Para la Clase 2, los huecos deben ser inferiores al 25% del área de la bola. Para la Clase 3 (Alta Fiabilidad), los criterios pueden ser más estrictos dependiendo del tipo de defecto específico.

6. ¿Pueden los rayos X dañar componentes sensibles? Generalmente, no. La dosis de radiación utilizada para la inspección de PCBA es muy baja y segura para el silicio y la memoria estándar. Sin embargo, ciertos sensores especializados o memorias flash no programadas pueden tener límites de exposición, los cuales deben comunicarse durante la fase de cotización.

7. ¿Cuál es la diferencia entre rayos X 2.5D y 3D? El 2.5D permite que el detector se incline, permitiendo a los operadores mirar "debajo" de un componente desde un ángulo. El 3D construye un modelo volumétrico capa por capa. El 2.5D suele ser suficiente para la depuración; el 3D es mejor para la aprobación/rechazo automatizado en placas complejas.

8. ¿Por qué veo uniones de soldadura "grises" en la imagen de rayos X? La soldadura absorbe los rayos X, por lo que debería aparecer oscura. Si aparece de color gris claro, puede indicar un volumen de soldadura insuficiente, una unión de soldadura "fría" o un defecto "Head-in-Pillow" donde la bola no se ha mojado completamente con la pasta.

Recursos para la introducción a la inspección por rayos X (páginas y herramientas relacionadas)

Estándares de calidad de PCB: Comprenda el contexto más amplio del control de calidad más allá de los rayos X.
Estándares IPC: La fuente oficial de los criterios de aceptación (IPC-A-610).
Visor Gerber: Utilice nuestras herramientas para verificar su diseño para la colocación de BGA antes de la fabricación.

Introducción a la inspección por rayos X: glosario (términos clave)

Término	Definición
AXI	Inspección automática por rayos X. Una máquina que escanea y califica automáticamente las uniones de soldadura basándose en algoritmos.
BGA	Ball Grid Array. Un encapsulado de componente donde las conexiones están debajo del chip, requiriendo rayos X para su inspección.
Vacío	Aire o gas de fundente atrapado dentro de una unión de soldadura. Se mide como un porcentaje del área total de la unión.
Puenteo	Un defecto donde la soldadura conecta dos almohadillas adyacentes que deberían estar eléctricamente aisladas (un cortocircuito).
Head-in-Pillow (HiP)	Un defecto donde la bola BGA descansa sobre la pasta de soldadura pero no se fusiona en una sola unión.
Laminografía	Una técnica de rayos X 3D que crea cortes transversales de la placa para aislar capas específicas.
Escala de grises	El rango de tonos del negro al blanco en una imagen de rayos X, que representa la densidad del material.
Campo de visión (FOV)	El área física de la PCB que puede ser vista por el detector de rayos X en una sola toma.
Micra (µm)	Unidad de medida para la resolución. 1 µm = 0,001 mm. Crítico para detectar microfisuras.
kV (Kilovoltios)	La unidad de energía para el tubo de rayos X. Un kV más alto penetra materiales más densos.
IPC-A-610	La especificación estándar de la industria para la aceptabilidad de los conjuntos electrónicos.
Bola de soldadura	La conexión de soldadura esférica en un encapsulado BGA.

Conclusión: introducción a la inspección por rayos X – próximos pasos

Dominar la introducción a la inspección por rayos X es más que simplemente mirar imágenes en blanco y negro; se trata de garantizar la fiabilidad a largo plazo de sus productos electrónicos. Desde la definición de las métricas correctas, como el porcentaje de huecos, hasta la selección entre inspección 2D y 3D basada en la complejidad de su placa, los rayos X son el guardián definitivo de la calidad oculta.

En APTPCB, integramos la inspección avanzada por rayos X en nuestro flujo de trabajo estándar para todos los ensamblajes de componentes BGA y sin plomo. Para asegurar que su próximo proyecto avance sin problemas a través de la validación, por favor proporcione lo siguiente al solicitar un presupuesto:

Archivos Gerber: Para analizar la densidad y ubicación de los componentes.
Detalles del apilamiento: Para determinar el espesor total de la placa y la potencia de rayos X requerida.
Requisitos de prueba: Especifique si necesita una inspección de Clase 2 o Clase 3, o si tiene límites de huecos personalizados.
Componentes críticos: Destaque cualquier BGA o QFN específico que requiera una validación por rayos X al 100%.

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