Introduction à l'inspection par rayons X

Points clés à retenir

Définition: L'inspection par rayons X (AXI) est une méthode de test non destructive utilisée pour visualiser les joints de soudure cachés, tels que ceux sous les BGA, QFN et CSP.
Métrique critique: Le pourcentage de vides est l'indicateur de qualité le plus courant ; typiquement, les vides doivent rester inférieurs à 25 % de la surface du joint de soudure selon les normes IPC.
L'importance de la résolution: Des systèmes à haute résolution (mesurés en microns) sont nécessaires pour détecter les microfissures et les défauts de type "Head-in-Pillow".
Idée fausse: L'inspection par rayons X ne remplace pas l'inspection optique ; elle complète les bases de l'AOI en couvrant les zones que les caméras à ligne de visée ne peuvent pas atteindre.
Conseil de processus: La radiographie 3D (laminographie) est essentielle pour les cartes double face afin d'éviter les interférences d'image des composants situés sur le côté opposé.
Validation: L'acceptation est basée sur les différences de densité en niveaux de gris, indiquant l'épaisseur et la forme de la soudure.
Norme: Référez-vous toujours aux critères de joint de soudure IPC-A-610 Classe 2 ou Classe 3 lors de la définition des seuils de réussite/échec.

Ce que signifie réellement l'introduction à l'inspection par rayons X (portée et limites)

Comprendre les mécanismes fondamentaux de la technologie d'inspection est la première étape avant d'analyser des métriques spécifiques. Une introduction à l'inspection par rayons X doit commencer par définir le rôle de cette technologie dans la fabrication électronique moderne : c'est le seul moyen non destructif de vérifier les connexions qui sont physiquement cachées. Dans le contexte de l'assemblage de cartes de circuits imprimés (PCBA), l'inspection par rayons X utilise des ondes électromagnétiques à haute fréquence pour pénétrer le matériau du PCB. La soudure, étant dense et contenant des métaux lourds comme l'étain, le plomb ou l'argent, absorbe ces ondes plus que le substrat en fibre de verre ou les puces de silicium. Cette absorption crée une image d'ombre (niveaux de gris) où les zones plus sombres représentent un matériau plus épais ou plus dense.

Pour les fabricants comme APTPCB (Usine de PCB APTPCB), cette technologie est indispensable. À mesure que les composants rétrécissent et que la densité augmente, l'inspection visuelle traditionnelle devient insuffisante. Les rayons X sont principalement utilisés pour :

Joints cachés: Ball Grid Arrays (BGAs), Quad Flat No-leads (QFNs) et Flip Chips.
Remplissage des trous traversants: Vérification des pourcentages de remplissage des barillets dans les connecteurs.
Alignement multicouche: Vérification de l'enregistrement des couches internes pendant la fabrication de cartes nues.
Détection de contrefaçons: Inspection du câblage interne des boîtiers de circuits intégrés.

Tandis que l'inspection optique automatisée (AOI) gère les pièces montées en surface visibles, les rayons X gèrent les risques "invisibles".

Métriques clés de l'inspection par rayons X (comment évaluer la qualité)

Une fois le périmètre d'inspection défini, les ingénieurs doivent quantifier la qualité à l'aide de points de données spécifiques. Le tableau suivant présente les métriques critiques utilisées lors d'une introduction à l'inspection par rayons X et des opérations quotidiennes pour garantir la fiabilité de la carte.

Métrique	Pourquoi c'est important	Plage typique ou facteurs d'influence	Comment mesurer
Pourcentage de vide	Les grandes poches d'air affaiblissent le joint et réduisent la conductivité thermique.	< 25% (Classe 2/3). < 15% pour les LED de haute puissance.	Surface calculée du vide divisée par la surface totale de la bille.
Valeur de gris	Indique l'épaisseur et la densité de la soudure. Des valeurs incohérentes suggèrent des circuits ouverts ou une soudure insuffisante.	0 (Noir) à 255 (Blanc). La soudure apparaît généralement gris foncé/noir.	Analyse histogramme de la densité des pixels dans l'image.
Résolution (Microns)	Détermine le plus petit défaut visible. Crucial pour les micro-BGA.	0,5µm à 5µm. Plus faible est mieux pour les pas fins.	Calibré à l'aide d'une cible de résolution ou d'une jauge.
Tension du tube (kV)	Une tension plus élevée pénètre les cartes et les blindages plus épais mais réduit le contraste sur les matériaux clairs.	80kV à 160kV selon l'épaisseur de la carte.	Réglé via le logiciel de contrôle de la machine à rayons X.
Champ de vision (FOV)	La zone visible en un seul balayage. Un FOV plus grand est plus rapide mais réduit le grossissement.	10mm x 10mm à 50mm x 50mm.	Mouvement physique du détecteur ou de la platine.
Taux de faux positifs	Des faux positifs élevés ralentissent la production ; des faux positifs faibles risquent de laisser échapper des défauts.	Cible < 500 ppm (parties par million).	Comparaison des signalements machine et de la vérification par l'opérateur.
Circularité de la bille de soudure	Des formes déformées indiquent des problèmes de refusion ou un désalignement des pastilles.	Écart par rapport à un cercle parfait (1,0).	Algorithmes de logiciel d'analyse géométrique.

Comment choisir l'inspection par rayons X : guide de sélection par scénario (compromis)

Après avoir établi les métriques, le prochain défi consiste à choisir la bonne stratégie d'inspection pour votre type de produit spécifique. Cette section explique "comment choisir" l'approche d'inspection par rayons X correcte par rapport à d'autres méthodes de test basées sur des scénarios de production.

Scénario 1 : SMT standard avec composants passifs

Recommandation : AOI uniquement.
Compromis : Les rayons X sont lents et coûteux. Si toutes les broches sont visibles (résistances, condensateurs, SOIC), l'AOI est plus rapide et suffisante.
Verdict : Évitez les rayons X, sauf en cas de dépannage de défauts de soudure spécifiques.

Scénario 2 : Assemblage complexe BGA et QFN

Recommandation : Inspection automatisée par rayons X 2D (AXI).
Compromis : Essentiel pour la qualité. Vous ne pouvez pas inspecter visuellement ces joints. La 2D est plus rapide que la 3D mais rencontre des difficultés si les composants sont des deux côtés de la carte.
Verdict : Obligatoire. Consultez nos capacités en matière d'assemblage BGA et QFN pour plus de détails.

Scénario 3 : Cartes double face haute densité

Recommandation : Rayons X 3D (Laminographie).
Compromis : Les rayons X 2D produisent des images superposées des composants supérieurs et inférieurs, rendant l'analyse impossible. La 3D découpe l'image pour se concentrer sur une seule couche. C'est plus lent mais précis.
Verdict : Requis pour les cartes peuplées des deux côtés.

Scénario 4 : Haute fiabilité (Automobile/Aérospatiale)

Recommandation: AXI en ligne à 100 %.
Compromis: Chaque carte est scannée automatiquement. Cela crée un goulot d'étranglement dans la ligne mais garantit zéro défauts critiques non détectés.
Verdict: Nécessaire pour les applications critiques en matière de sécurité.

Scénario 5 : Prototype et NPI (Nouvelle Introduction de Produit)

Recommandation: Rayons X manuels (Hors ligne).
Compromis: Un opérateur déplace manuellement la carte pour inspecter des zones spécifiques. C'est flexible pour le débogage des problèmes de processus mais trop lent pour la production en volume.
Verdict: Idéal pour l'analyse technique et l'inspection du premier article.

Scénario 6 : Fabrication de PCB nus

Recommandation: Vérification de la cible de perçage par rayons X.
Compromis: Utilisé pour vérifier l'alignement des couches internes avant le perçage. Non pas pour la qualité de la soudure, mais pour l'intégrité structurelle.
Verdict: Processus standard dans la fabrication de PCB multicouches.

Points de contrôle de l'implémentation de l'introduction de l'inspection par rayons X (de la conception à la fabrication)

La sélection de la bonne méthode n'est efficace que si le processus de mise en œuvre est rigoureusement contrôlé. Une introduction réussie de l'inspection par rayons X nécessite des points de contrôle à chaque étape, de la disposition initiale au four de refusion final.

1. Phase de conception : Géométrie des pastilles

Recommandation: Assurez-vous que les pastilles BGA sont "Non-Solder Mask Defined" (NSMD) lorsque cela est possible pour un meilleur contraste aux rayons X.
Risque: Une mauvaise définition des pastilles rend la mesure automatisée du diamètre des billes imprécise.
Acceptation: Le contrôle DFM est réussi. 2. Phase de conception: Placement des composants
Recommandation: Évitez de placer des composants lourds (transformateurs) directement en face de BGA à pas fin sur des cartes double face.
Risque: Effets d'ombrage dans les images radiographiques.
Acceptation: Examen du modèle 3D.

3. Phase des matériaux: Sélection de la pâte à souder

Recommandation: Utilisez une taille de particule constante (Type 4 ou 5) pour les composants à pas fin.
Risque: Un volume de pâte incohérent entraîne des vides visibles aux rayons X.
Acceptation: Corrélation des données d'inspection de la pâte (SPI).

4. Phase de configuration: Étalonnage de la machine

Recommandation: Étalonnez quotidiennement la précision des niveaux de gris et la précision géométrique.
Risque: La dérive des mesures entraîne de faux positifs.
Acceptation: Vérification de la cible d'étalonnage.

5. Phase de processus: Profil de refusion

Recommandation: Optimisez les zones de trempage pour minimiser la formation de vides.
Risque: Un dégazage rapide crée des vides > 25%.
Acceptation: Un échantillon de rayons X montre des vides conformes aux spécifications.

6. Phase d'inspection: Réglage des seuils

Recommandation: Ajustez la sensibilité pour équilibrer les faux positifs et les échappements.
Risque: Trop sensible = arrêts de ligne; Trop lâche = défauts expédiés.
Acceptation: Étude Gage R&R.

7. Phase de validation: Stockage des images

Recommandation: Archivez les images radiographiques des composants critiques par numéro de série.
Risque: Aucune traçabilité en cas de défaillances sur le terrain.
Acceptation: Vérification du journal de la base de données.

8. Phase de maintenance: Durée de vie du tube

Recommandation: Surveiller les heures de fonctionnement du tube à rayons X.
Risque: La dégradation du filament réduit la netteté de l'image.
Acceptation: Respect du calendrier de maintenance préventive.

Pour une exploration plus approfondie de la façon dont nous gérons ces étapes, consultez nos capacités d'inspection par rayons X.

Erreurs courantes lors de l'introduction de l'inspection par rayons X (et l'approche correcte)

Même avec des points de contrôle robustes, les fabricants tombent souvent dans des pièges spécifiques lors de l'exécution. Cette section met en évidence les erreurs courantes lors de la réalisation d'une introduction à l'inspection par rayons X et comment APTPCB les évite.

Se fier uniquement à la 2D pour les cartes double face
- Erreur : Tenter d'inspecter un BGA sur la face supérieure alors qu'un QFN se trouve directement en dessous sur la face inférieure. Les images fusionnent, rendant le calcul des vides impossible.
- Correction : Utiliser la laminographie 3D ou le placement décalé des composants pendant la conception.
Ignorer les défauts "Head-in-Pillow" (HiP)
- Erreur : Se concentrer uniquement sur les courts-circuits et les ponts. Les défauts HiP (où la bille repose sur le pad mais ne fusionne pas) ressemblent souvent à de bons cercles en radiographie 2D.
- Correction : Utiliser des vues inclinées (radiographie oblique) ou une inspection 3D pour voir la forme de l'interface.
Mal interpréter les critères de vide
- Erreur : Rejeter toute carte présentant un vide. Les petits vides sont normaux et souvent acceptables.

Correction : Suivre les normes IPC-A-610. Rejeter uniquement si la surface cumulée des vides dépasse la limite (généralement 25 %) ou si les vides sont situés à l'interface (micro-vides planaires).

Négliger les pads thermiques sur les QFN
- Erreur : Inspecter les broches mais ignorer le grand pad de masse central.
- Correction : Le pad central est essentiel pour la dissipation thermique. Assurez-vous que la formation de vides ici est < 50 % (ou selon les spécifications client).
Puissance élevée sur faible densité
- Erreur : Utiliser des réglages kV élevés pour les cartes fines et flexibles. Le faisceau passe trop facilement, ce qui donne une image délavée avec un faible contraste.
- Correction : Réduire la tension pour augmenter le contraste des matériaux plus légers.
Négliger les congés de talon en THT
- Erreur : Utiliser les rayons X uniquement pour le SMT.
- Correction : Les rayons X sont le meilleur moyen de vérifier le remplissage du barillet (75 % ou 100 %) pour les connecteurs à technologie à trous traversants (THT) qui sont obturés par le corps du connecteur.

FAQ sur l'introduction à l'inspection par rayons X (coût, délai, matériaux, tests, critères d'acceptation)

Pour conclure l'application pratique, voici les réponses aux questions les plus fréquentes concernant la logistique et les normes de l'introduction à l'inspection par rayons X.

1. Comment l'introduction de l'inspection par rayons X affecte-t-elle le coût de l'assemblage ? L'inspection aux rayons X ajoute un surcoût par rapport à l'AOI standard car l'équipement est plus cher et le processus plus lent. Cependant, pour les cartes BGA/QFN, le coût de la non-inspection (retouche, défaillance sur le terrain) est significativement plus élevé. Chez APTPCB, nous optimisons cela en utilisant des plans d'échantillonnage pour les lots stables et une inspection à 100 % pour les NPI.

2. L'introduction de l'inspection aux rayons X augmente-t-elle le délai de production ? L'AXI en ligne peut être un goulot d'étranglement si elle n'est pas correctement équilibrée. L'inspection par lots hors ligne ajoute un temps minimal (généralement moins d'un jour) au délai total. Pour les prototypes à délai rapide, nous priorisons les rayons X pour assurer un retour d'information immédiat.

3. Quels matériaux interfèrent avec les résultats de l'inspection aux rayons X ? Les métaux lourds (blindages RF, dissipateurs thermiques en cuivre épais, grandes inductances) bloquent les rayons X, créant des "ombres". Si un BGA est placé sous un blindage métallique, les rayons X ne peuvent pas le traverser efficacement. Concevez le blindage de manière à ce qu'il soit amovible ou placez-le après l'inspection.

4. Comment la couverture de test de l'inspection aux rayons X se compare-t-elle à l'ICT ? Les rayons X vérifient l'intégrité structurelle (forme de la soudure, vides), tandis que le test en circuit (ICT) vérifie la fonction électrique. Ils sont complémentaires. Les rayons X peuvent trouver un joint marginal qui passe l'ICT électriquement mais qui échouera mécaniquement plus tard en raison des vibrations.

5. Quels sont les critères d'acceptation standard pour l'inspection aux rayons X ? Nous suivons strictement la norme IPC-A-610 (Acceptabilité des assemblages électroniques). Pour la Classe 2, les vides doivent être inférieurs à 25 % de la surface de la bille. Pour la Classe 3 (Haute Fiabilité), les critères peuvent être plus stricts en fonction du type de défaut spécifique.

6. Les rayons X peuvent-ils endommager les composants sensibles ? Généralement, non. La dose de rayonnement utilisée pour l'inspection des PCBA est très faible et sans danger pour le silicium et la mémoire standard. Cependant, certains capteurs spécialisés ou mémoires flash non programmées peuvent avoir des limites d'exposition, qui doivent être communiquées lors de la phase de devis.

7. Quelle est la différence entre les rayons X 2.5D et 3D ? Le 2.5D permet au détecteur de s'incliner, permettant aux opérateurs de regarder "sous" un composant sous un angle. Le 3D construit un modèle volumétrique couche par couche. Le 2.5D est souvent suffisant pour le débogage ; le 3D est préférable pour les tests automatisés de réussite/échec sur des cartes complexes.

8. Pourquoi est-ce que je vois des joints de soudure "gris" sur l'image radiographique ? La soudure absorbe les rayons X, elle devrait donc apparaître sombre. Si elle apparaît gris clair, cela peut indiquer un volume de soudure insuffisant, un joint de soudure "froid" ou un défaut "Head-in-Pillow" où la bille n'a pas entièrement mouillé la pâte.

Ressources pour l'introduction à l'inspection par rayons X (pages et outils connexes)

Normes de qualité des PCB: Comprenez le contexte plus large du contrôle qualité au-delà des seuls rayons X.
Normes IPC: La source officielle des critères d'acceptation (IPC-A-610).
Visionneuse Gerber: Utilisez nos outils pour vérifier votre disposition pour le placement des BGA avant la fabrication.

Introduction à l'inspection par rayons X : glossaire (termes clés)

Terme	Définition
AXI	Inspection automatique par rayons X. Une machine qui scanne et évalue automatiquement les joints de soudure basés sur des algorithmes.
BGA	Ball Grid Array. Un boîtier de composant où les connexions sont sous la puce, nécessitant une inspection par rayons X.
Vide	Air ou gaz de flux piégé à l'intérieur d'un joint de soudure. Mesuré en pourcentage de la surface totale du joint.
Pontage	Un défaut où la soudure connecte deux pastilles adjacentes qui devraient être électriquement isolées (un court-circuit).
Head-in-Pillow (HiP)	Un défaut où la bille BGA repose sur la pâte à souder mais ne fusionne pas en un seul joint.
Laminographie	Une technique de rayons X 3D qui crée des coupes transversales de la carte pour isoler des couches spécifiques.
Niveaux de gris	La gamme de nuances du noir au blanc dans une image radiographique, représentant la densité du matériau.
Champ de vision (FOV)	La zone physique du PCB qui peut être vue par le détecteur de rayons X en une seule prise.
Micron (µm)	Unité de mesure de la résolution. 1 µm = 0,001 mm. Critique pour la détection des microfissures.
kV (Kilovolts)	L'unité d'énergie pour le tube à rayons X. Un kV plus élevé pénètre les matériaux plus denses.
IPC-A-610	La spécification standard de l'industrie pour l'acceptabilité des assemblages électroniques.
Bille de soudure	La connexion de soudure sphérique sur un boîtier BGA.

Conclusion : introduction à l'inspection par rayons X – prochaines étapes

Maîtriser l'introduction à l'inspection radiographique va au-delà de la simple observation d'images en noir et blanc ; il s'agit d'assurer la fiabilité à long terme de vos produits électroniques. De la définition des bonnes métriques comme le pourcentage de vides à la sélection entre l'inspection 2D et 3D basée sur la complexité de votre carte, les rayons X sont le gardien ultime de la qualité cachée.

Chez APTPCB, nous intégrons l'inspection radiographique avancée dans notre flux de travail standard pour tous les assemblages de composants BGA et sans plomb. Pour garantir que votre prochain projet se déroule sans accroc lors de la validation, veuillez fournir les éléments suivants lors de la demande de devis :

Fichiers Gerber: Pour analyser la densité et le placement des composants.
Détails de l'empilement: Pour déterminer l'épaisseur totale de la carte et la puissance de rayons X requise.
Exigences de test: Spécifiez si vous avez besoin d'une inspection de classe 2 ou de classe 3, ou si vous avez des limites de vides personnalisées.
Composants critiques: Mettez en évidence tout BGA ou QFN spécifique nécessitant une validation radiographique à 100%.

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