Inspección por rayos X

Inspección por rayos X: qué cubre este manual (y para quién es)

Esta guía está diseñada para Ingenieros de Calidad, Gerentes de NPI y Jefes de Adquisiciones que son responsables de validar ensamblajes complejos de PCB (PCBA). Si su diseño incluye Ball Grid Arrays (BGAs), Quad Flat No-leads (QFNs) o conectores de alta densidad donde las uniones de soldadura están ocultas a simple vista, depender únicamente de las comprobaciones visuales es un riesgo. Este manual se centra en la inspección por rayos X como un guardián crítico para la fiabilidad, yendo más allá de las métricas básicas de "pasa/falla" hacia especificaciones accionables y mitigación de riesgos.

En APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB), a menudo vemos que las estrategias de inspección fallan no porque la tecnología sea deficiente, sino porque los requisitos eran ambiguos. Esta guía le ayuda a definir exactamente lo que necesita de su socio de fabricación —desde límites de porcentaje de vacíos hasta requisitos de resolución de imagen— asegurando que sus componentes de "caja negra" estén soldados correctamente antes de que salgan de la fábrica.

Encontrará un enfoque estructurado para definir los criterios de inspección, un desglose de los riesgos ocultos que la radiografía 2D estándar podría pasar por alto y un plan de validación para correlacionar los datos de rayos X con la realidad física. También proporcionamos una lista de verificación lista para el comprador para incluir en sus paquetes de Solicitud de Cotización (RFQ), asegurando que sus proveedores sean capaces del nivel de escrutinio que su producto exige.

Cuándo la inspección por rayos X es el enfoque correcto (y cuándo no lo es)

La inspección por rayos X no es un reemplazo universal para los métodos ópticos; es una herramienta especializada para geometrías específicas. Comprender su lugar en el ecosistema de control de calidad evita el gasto excesivo en pruebas innecesarias al tiempo que garantiza una cobertura crítica.

Utilice la inspección por rayos X cuando:

Juntas de soldadura ocultas: Componentes como BGAs, CSPs (Chip Scale Packages), LGAs y QFNs tienen almohadillas debajo del cuerpo del encapsulado. La línea de visión óptica está bloqueada.
Relleno de barril multicapa: Necesita verificar la penetración de soldadura a través del orificio (relleno de barril) en PCBs gruesas y multicapa donde la inspección visual desde la parte inferior no es concluyente debido a disipadores de calor o blindaje.
Verificación de unión de cables (Wire Bond): En Chip-on-Board (COB) o encapsulados de IC complejos, la verificación de la desviación de cables (wire sweep) o cables de unión rotos requiere penetración de rayos X.
Análisis de vacíos: Debe cuantificar el porcentaje de vacíos de gas dentro de una almohadilla térmica grande (por ejemplo, debajo de un FET de potencia o QFN) para asegurar que la conductividad térmica cumpla con las especificaciones IPC.

No confíe únicamente en los rayos X cuando:

Defectos superficiales: Para verificar la polaridad de los componentes, las marcas de texto o los puentes de soldadura en los terminales visibles, la inspección AOI (Inspección Óptica Automatizada) es más rápida, económica y de mayor resolución.
Volumen de pasta de soldadura: Para prevenir defectos antes del reflujo, la inspección SPI (Inspección de Pasta de Soldadura) es superior. Los rayos X son un detector post-reflujo; SPI es un preventivo pre-reflujo.
Función Eléctrica: Los rayos X confirman la integridad estructural, no la conectividad eléctrica. Una unión puede verse bien en los rayos X (cabeza en almohada) pero fallar eléctricamente. Debe combinarse con ICT o Prueba Funcional.

Requisitos que debe definir antes de solicitar una cotización

Para obtener una cotización confiable y un producto confiable, debe ir más allá de solicitar una "prueba de rayos X" y especificar los parámetros. La ambigüedad aquí lleva a los proveedores a utilizar configuraciones de baja resolución para ahorrar tiempo.

Límite de Porcentaje de Vacíos (Clase IPC): Indique explícitamente el porcentaje máximo de vacíos permitido. Para IPC-A-610 Clase 2, esto es típicamente <25% del área. Para Clase 3 o aplicaciones de potencia de alta fiabilidad, puede requerir <15% o <10%.
Diámetro del Vacío Más Grande: Además del porcentaje total, especifique si los vacíos grandes individuales están prohibidos (por ejemplo, "Ningún vacío individual >50% del diámetro de la almohadilla") para evitar la concentración de tensión.
Diámetro de la Bola BGA y Altura de Colapso: Defina el diámetro objetivo y la altura de colapso para las bolas BGA. Esto ayuda a detectar defectos de "muñeco de nieve" donde la bola no se ha refluido correctamente.
Resolución de Imagen (Micrones): Especifique la resolución requerida según su característica más pequeña. Para BGAs estándar, 5-10 micrones es suficiente. Para micro-BGAs o flip-chips, puede necesitar una capacidad de <1 micrón.
Capacidad de Ángulo de Inclinación/Oblicuo: Requerir capacidad para visualización oblicua (por ejemplo, 45-70 grados). Los rayos X directos (2D) a menudo pasan por alto los defectos de "cabeza en almohada".
Tasa de muestreo (AQL vs. 100%): Defina si necesita una inspección del 100% (cada placa, cada BGA) o una muestra estadística (p. ej., AQL 0.65). La inspección del 100% aumenta significativamente el tiempo de ciclo y el costo.
Política de retención de imágenes: Dicte cuánto tiempo deben almacenarse las imágenes de rayos X. Para aplicaciones automotrices o aeroespaciales, es posible que necesite imágenes retenidas durante 5 a 10 años para la trazabilidad.
Tasa de falsas alarmas (fallo falso): Establezca expectativas para las falsas alarmas si utiliza rayos X automatizados (AXI). Las falsas alarmas altas detienen la línea; desea un proceso ajustado para <500 ppm de falsas alarmas.
Especificaciones de componentes: Enumere exactamente qué designadores de referencia (p. ej., U1, U12) requieren rayos X. No deje que el operador adivine qué piezas son críticas.
Sensibilidad a la radiación: Si su placa contiene memoria flash o sensores sensibles, especifique los límites máximos de exposición a la radiación para evitar la corrupción de datos o daños en los sensores.
Formato del informe: Defina el formato de salida. ¿Necesita un resumen en PDF o imágenes DICOM/TIFF sin procesar para su propio análisis?
Verificación de retrabajo: Indique explícitamente que cualquier BGA retrabajado debe someterse a una inspección de rayos X del 100% para verificar la reparación.

Los riesgos ocultos que impiden la escalabilidad

La escalada de un prototipo a la producción en masa introduce variables que pueden hacer que su validación inicial de rayos X sea ineficaz. Estos riesgos a menudo se ocultan en las variaciones del proceso.

Defectos de cabeza en almohada (HiP):
Riesgo: La bola BGA se deforma en la pasta pero no se une metalúrgicamente (como una cabeza sobre una almohada).
Por qué: Deformación durante el reflujo o actividad de fundente insuficiente.
Detección: Invisible en rayos X 2D de vista superior. Requiere vistas oblicuas/anguladas o laminografía 3D.
Prevención: Usar fundente de alta actividad, controlar la deformación y exigir inspección angulada.
Vacíos de Champaña:
- Riesgo: Pequeños vacíos acumulados en la interfaz de la bola y la almohadilla, creando un punto de fractura débil.
- Por qué: Desgasificación de la química de chapado de la vía en la almohadilla.
- Detección: Muy difícil de ver debido a su pequeño tamaño; requiere rayos X de alta magnificación.
- Prevención: Control estricto de la fabricación de PCB (calidad del chapado) y horneado de las placas antes del ensamblaje.
Sombreado por Ensamblaje de Doble Cara:
- Riesgo: Los componentes del lado inferior bloquean la vista de rayos X de los componentes del lado superior.
- Por qué: Diseños de alta densidad colocan grandes condensadores o inductores directamente debajo de los BGA.
- Detección: Las imágenes se ven desordenadas e ilegibles.
- Prevención: Revisión de Diseño para Prueba (DFT) para escalonar componentes críticos o usar rayos X 3D (Laminografía) que atraviesa las capas.
Relleno Insuficiente del Barril (THT):
- Riesgo: Los pines de orificio pasante parecen soldados por la parte superior e inferior, pero el centro está vacío.
- Por qué: Calor insuficiente o altura de onda durante la soldadura.
- Detección: Los rayos X muestran una forma de "reloj de arena" en la columna de soldadura.
Prevención: Optimizar el perfil de onda y usar rayos X para ajustar la configuración de precalentamiento.
Falsa Confianza en "Aprobado":
- Riesgo: El operador aprueba una placa marginal porque la imagen está borrosa o la configuración es imprecisa.
- Por qué: Falta de comparación con una "Muestra Dorada" o fatiga del operador.
- Detección: Auditar la auditoría. Volver a inspeccionar una muestra de placas "aprobadas".
- Prevención: Implementar la Inspección Automatizada por Rayos X (AXI) para eliminar la subjetividad del operador.
Daño por Radiación a la Memoria:
- Riesgo: Borrado o corrupción del firmware preprogramado en MCUs o Flash.
- Por qué: Los fotones de alta energía pueden cambiar bits en transistores de puerta flotante.
- Detección: La prueba funcional falla después de los rayos X.
- Prevención: Blindar las partes sensibles o limitar el tiempo de exposición/configuración de kV.
Cuellos de Botella en el Rendimiento:
- Riesgo: Los rayos X se convierten en el paso más lento, reduciendo la producción de la línea.
- Por qué: Requisito de inspección del 100% en una máquina lenta.
- Detección: El WIP (Trabajo en Curso) se acumula en la estación de rayos X.
- Prevención: Cambiar al muestreo (AQL) una vez probada la estabilidad del proceso, o invertir en AXI en línea más rápido.
Desacuerdos de Interpretación:
- Riesgo: El proveedor dice "Aprobado", usted dice "Fallido".
- Por qué: Interpretación subjetiva de imágenes en escala de grises.
- Detección: Discusiones sobre lotes rechazados.
- Prevención: Establecer una "Biblioteca de Defectos" con imágenes acordadas de los límites de Aprobado/Fallido antes de que comience la producción.

Plan de validación (qué probar, cuándo y qué significa "aprobado")

Plan de validación (qué probar, cuándo y qué significa

Un plan de validación robusto le permite pasar de "esperar que sea bueno" a "demostrar que es bueno". Este plan correlaciona los datos de rayos X con la realidad física.

Creación de Muestra Dorada (Golden Sample):
- Objetivo: Establecer una línea base para una unión de soldadura perfecta.
- Método: Ensamblar 5 placas, verificar con rayos X y confirmar el 100% de funcionalidad.
- Aceptación: Las imágenes son claras, nítidas y se guardan como el estándar de referencia.
Siembra de Defectos (El "Conejo Rojo"):
- Objetivo: Probar que la máquina de rayos X puede realmente detectar defectos.
- Método: Crear intencionalmente defectos (bola faltante, almohadillas puenteadas, pasta insuficiente) en una placa de prueba.
- Aceptación: El operador o la máquina de rayos X debe identificar correctamente el 100% de los defectos sembrados.
Correlación por Sección Transversal (Destructiva):
- Objetivo: Verificar las mediciones de rayos X contra la realidad física.
- Método: Tomar una placa que pasó la inspección de rayos X, cortar y pulir la interfaz BGA (microseccionamiento).
- Aceptación: El porcentaje de vacíos físicos y la capa de IMC (Compuesto Intermetálico) coinciden con la interpretación de rayos X.
Prueba de Tinte y Palanca (Destructiva):
- Objetivo: Detectar uniones "Head-in-Pillow" o abiertas que los rayos X podrían pasar por alto.
- Método: Inyectar tinte rojo debajo del BGA, curar y desprender el componente.
- Aceptación: No debe haber tinte presente en la interfaz de la unión de soldadura (el tinte indica un hueco/grieta).
R&R del Calibrador (Repetibilidad):
- Objetivo: Asegurar que el sistema de medición sea consistente.
- Método: Hacer que el operador mida el mismo porcentaje de vacío en la misma placa 10 veces.
- Aceptación: La variación debe ser inferior al 10%.
Informe de Inspección del Primer Artículo (FAI):
- Objetivo: Aprobación formal de la primera tirada de producción.
- Método: Radiografía del 100% de las primeras 5-10 placas con informes detallados de análisis de vacíos.
- Aceptación: Todos los componentes críticos cumplen con las especificaciones IPC Clase 2/3; el informe es aprobado por su ingeniero.
Ajuste AXI en Línea (Si aplica):
- Objetivo: Optimizar la velocidad y las falsas llamadas.
- Método: Pasar 50 placas conocidas como buenas a través de la máquina.
- Aceptación: Tasa de falsas llamadas < 500ppm; el tiempo de ciclo coincide con la tasa de ritmo de la línea.
Verificación de Interferencia del Disipador de Calor:
- Objetivo: Asegurar que el ensamblaje final no bloquee la inspección.
- Método: Radiografiar la placa después de que se hayan colocado los disipadores de calor o blindajes.
- Aceptación: Las uniones críticas siguen siendo visibles, o la inspección se traslada a un paso de proceso anterior.
Prueba de Retención de Datos:
- Objetivo: Verificar la trazabilidad.
- Método: Solicitar imágenes de rayos X para un número de serie específico de una semana anterior.
- Aceptación: El proveedor recupera las imágenes correctas en un plazo de 4 horas.
Auditoría de Seguridad Radiológica:
- Objetivo: Garantizar la seguridad de los componentes.

Método: Verificar la configuración de la máquina (kV, mA, tiempo) con las hojas de datos de los componentes.
Aceptación: La configuración está por debajo de los umbrales de daño para los circuitos integrados sensibles.

Lista de verificación del proveedor (Solicitud de Cotización (RFQ) + preguntas de auditoría)

Utilice esta lista de verificación para evaluar a APTPCB o a cualquier otro socio de fabricación. Separa a los proveedores capaces de aquellos que simplemente "tienen una máquina".

Grupo 1: Entradas de RFQ (Lo que usted envía)

Lista de componentes críticos: Lista definida de designadores de referencia (U1, U2, etc.) que requieren inspección.
Estándar de aceptación: IPC-A-610 Clase 2 o Clase 3 especificado.
Criterios de vacío: Límite porcentual específico (p. ej., Máx. 25% total, Máx. 10% vacío único).
Requisito de informe: Resumen en PDF vs. entrega de imagen cruda completa.
Estrategia de volumen: Inspección del 100% vs. plan de muestreo AQL.
Archivos CAD/Gerber: Proporcionados para ayudar a programar máquinas automatizadas.
Detalles de apilamiento: Peso del cobre y número de capas (afecta la potencia de penetración de rayos X necesaria).
Panelización: Matriz de paneles definida (afecta el recorrido y la velocidad de la máquina).

Grupo 2: Prueba de capacidad (Lo que deben mostrar)

Tipo de máquina: 2D (Transmisión) vs. 2.5D (Oblicua) vs. 3D (CT/Laminografía).
Resolución: Tamaño mínimo de reconocimiento de características (p. ej., < 2 micras).
Voltaje del tubo: kV suficiente (p. ej., 130kV+) para penetrar su placa más gruesa.
Tipo de detector: Detector de panel plano (digital) preferido sobre intensificador de imagen (analógico).
Visualización Oblicua: ¿Puede la máquina inclinarse >45 grados para ver la forma de la bola BGA?
Análisis Automatizado: Capacidad del software para calcular automáticamente el % de vacíos (elimina el error humano).
Tamaño Máximo de Placa: ¿La máquina se ajusta a las dimensiones de su panel?
Biblioteca de Defectos: Ejemplos de defectos que han detectado con éxito recientemente.

Grupo 3: Sistema de Calidad y Trazabilidad

Serialización: ¿Están los datos de rayos X vinculados al número de serie de la PCB?
Almacenamiento de Imágenes: ¿Se almacenan las imágenes en una unidad local o en un servidor central? ¿Frecuencia de copia de seguridad?
Certificación del Operador: ¿Están los inspectores capacitados según los estándares IPC-A-610?
Calibración: ¿Se calibra la máquina anualmente? (Preguntar por la etiqueta/certificado).
Material No Conforme: Proceso para segregar las placas que fallan en los rayos X (contenedor rojo/cinta transportadora bloqueada).
Bucle de Retrabajo: ¿El sistema fuerza una reinspección después del retrabajo?

Grupo 4: Control de Cambios y Entrega

Notificación de Cambio de Proceso (PCN): ¿Le notificarán si cambian las máquinas de rayos X?
Planificación de Capacidad: ¿Tienen suficiente capacidad de rayos X para su volumen pico?
Gestión de Cuellos de Botella: Plan en caso de que la máquina de rayos X falle (¿máquina de respaldo?).
Rendimiento: Tiempo de inspección estimado por placa vs. tasa de ritmo de la línea de producción.
Tiempo de Entrega de Informes: ¿Qué tan rápido están disponibles los informes después de la producción?
Ruta de Escalada: ¿Quién decide sobre las imágenes "fronterizas"?

Guía de decisión (compromisos que realmente puedes elegir)

La ingeniería se trata de compromisos. Aquí te explicamos cómo navegar las decisiones relacionadas con la inspección por rayos X.

Inspección 2D vs. 3D (CT):
- Si priorizas el Costo y la Velocidad: Elige Rayos X 2D. Es rápido y detecta defectos gruesos como puentes y grandes huecos.
- Si priorizas la Fiabilidad y Geometrías Complejas: Elige 3D/CT. Es más lento y más caro, pero esencial para la detección de HiP, placas de doble cara y PoP (Package on Package).
Muestreo (AQL) vs. Inspección al 100%:
- Si priorizas el Rendimiento: Elige el Muestreo AQL (p. ej., inspeccionar el 10% del lote). Úsalo solo después de que el proceso sea estable (Cpk > 1.33).
- Si priorizas Cero Fallos: Elige la Inspección al 100%. Obligatorio para automoción, medicina y aeroespacial, pero añade coste.
Inspección Offline vs. Inline:
- Si priorizas la Flexibilidad/NPI: Elige Rayos X Offline (Isla). Ideal para depuración y bajo volumen.
- Si priorizas la Consistencia en Producción en Masa: Elige AXI Inline. Se integra en la línea de transporte, inspecciona automáticamente y no depende de un operador que mueva las placas manualmente.
Análisis Manual vs. Automatizado:
- Si priorizas un Bajo Costo de Configuración: Elige el Análisis Manual. El operador mira la pantalla. Bueno para prototipos.
- Si priorizas la Integridad de los Datos: Elige el Análisis Automatizado. El software cuenta los huecos. Elimina la "opinión" de la decisión de calidad.
Validación Destructiva vs. No Destructiva:
- Si priorizas la Preservación de la Placa: Quédate con la Radiografía.
- Si priorizas el Análisis de la Causa Raíz: Debes sacrificar una placa para un Corte Transversal o Tinte y Palanca para probar que la radiografía dice la verdad.

Preguntas Frecuentes

P: ¿Puede la inspección por rayos X dañar mis componentes? R: Generalmente, no. Sin embargo, ciertos tipos de memoria (EPROM, Flash) y sensores analógicos sensibles pueden corromperse por una exposición prolongada.

Consulta las hojas de datos de los componentes para conocer los límites de radiación.
Limita el tiempo de exposición y utiliza el ajuste de kV efectivo más bajo.

P: ¿Cuál es la diferencia entre AOI y rayos X? R: La inspección AOI utiliza cámaras y luz para verificar características visibles (polaridad, texto, filetes de soldadura). La inspección por rayos X utiliza radiación para ver a través del encapsulado hasta las uniones ocultas.

AOI = Superficie / Visible.
Rayos X = Interno / Oculto.

P: ¿Por qué los rayos X no pueden detectar todos los defectos de "cabeza en almohada"? R: En una vista de arriba hacia abajo (2D), la bola se superpone perfectamente a la almohadilla, enmascarando la falta de fusión.

Necesitas vistas oblicuas (anguladas) o laminografía 3D para ver la capa de separación.
Tinte y Palanca es el árbitro definitivo para los problemas de HiP.

P: ¿Cuánto añade la inspección por rayos X al coste? R: Depende de la estrategia.

El muestreo (AQL) añade un coste insignificante.
La inspección manual al 100% puede añadir costes significativos de mano de obra y tiempo.
La AXI en línea tiene un alto coste inicial de la máquina, pero un bajo coste de mano de obra por unidad. P: ¿Puede la radiografía (rayos X) verificar componentes falsificados? R: Sí, es una herramienta principal para esto.
Revela el tamaño del dado y el patrón de unión de cables dentro del chip.
Comparar la radiografía de una pieza recibida con una pieza de hoja de datos "Golden" expone las falsificaciones inmediatamente.

P: ¿Qué es el "Voiding" (vacío) y es siempre malo? R: El voiding es gas atrapado en la unión de soldadura.

Los pequeños vacíos son normales y aceptables (IPC permite hasta un 25%).
El voiding excesivo reduce la transferencia térmica y la resistencia mecánica.
La ubicación importa: Los vacíos en la interfaz (microvacíos planares) son peligrosos; los vacíos en el centro son menos críticos.

P: ¿APTPCB realiza radiografías en todas las placas? R: Realizamos radiografías en todas las placas que contienen BGAs, QFNs o paquetes sin plomo como parte de nuestro proceso de calidad estándar.

Para prototipos: Típicamente inspeccionamos el 100% de los BGAs.
Para producción en masa: Definimos un plan de muestreo o una estrategia en línea basada en los requisitos del cliente.

P: ¿Puede la radiografía ver dentro de una PCB multicapa? R: Sí. Puede inspeccionar el registro de capas internas, la alineación de perforaciones y las vías ciegas/enterradas.

Esto se realiza a menudo durante la fabricación de la PCB, separado de la inspección del ensamblaje de PCBA.

Páginas y herramientas relacionadas

Servicios de inspección por rayos X – Desglose detallado de nuestras capacidades de rayos X, especificaciones de la máquina y rango de detección de defectos.
Ensamblaje BGA y de paso fino – Por qué los componentes de paso fino requieren perfiles térmicos y estrategias de inspección especializados.
Inspección AOI – Comprenda cómo combinamos la inspección óptica con rayos X para una cobertura completa.
Inspección del Primer Artículo (FAI) – Cómo utilizamos los datos de rayos X para validar la primera placa de la línea antes de la producción completa.
Pautas DFM – Consejos de diseño para asegurar que la colocación de sus componentes permita un análisis preciso de rayos X (evitando el sombreado).

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Obtenga una Cotización y Revisión DFM – Envíenos su diseño hoy; nuestros ingenieros revisarán su diseño BGA/QFN y propondrán un plan de inspección personalizado.

Para obtener la cotización y el DFM más precisos, por favor incluya:

Archivos Gerber: Formato RS-274X.
BOM (Lista de Materiales): Con números de pieza del fabricante.
Archivo Centroid/Pick & Place: Para programación automatizada.
Dibujos de Ensamblaje: Resaltando los puntos críticos de inspección.
Requisitos de Prueba: Especifique la Clase IPC (2 o 3) y cualquier límite de vacíos personalizado.

Conclusión

La inspección por rayos X eficaz no se trata solo de tener una máquina; sino de definir los criterios de aceptación correctos y validar el proceso que produce las imágenes. Al especificar los límites de vacíos, requerir vistas oblicuas para la validación de BGA y correlacionar los datos de rayos X con secciones transversales físicas, se transforma una verificación estándar en una rigurosa puerta de calidad. Ya sea que esté construyendo hardware aeroespacial de alta fiabilidad o dispositivos IoT de consumo, una estrategia de inspección clara asegura que lo que no puede ver no perjudicará el rendimiento de su producto en el campo.