Introduzione all'ispezione a raggi X

Punti chiave

Definizione: L'ispezione a raggi X (AXI) è un metodo di test non distruttivo utilizzato per visualizzare giunti di saldatura nascosti, come quelli sotto BGA, QFN e CSP.
Metrica critica: La percentuale di vuoti è l'indicatore di qualità più comune; tipicamente, i vuoti dovrebbero rimanere al di sotto del 25% dell'area del giunto di saldatura secondo gli standard IPC.
La risoluzione conta: Sistemi ad alta risoluzione (misurati in micron) sono necessari per rilevare microfratture e difetti Head-in-Pillow.
Idea sbagliata: L'ispezione a raggi X non sostituisce l'ispezione ottica; essa integra le basi dell'AOI coprendo aree che le telecamere a linea di vista non possono raggiungere.
Suggerimento di processo: La radiografia 3D (laminografia) è essenziale per le schede a doppia faccia per evitare interferenze di immagine dai componenti sul lato opposto.
Validazione: L'accettazione si basa sulle differenze di densità in scala di grigi, che indicano lo spessore e la forma della saldatura.
Standard: Fare sempre riferimento ai criteri dei giunti di saldatura IPC-A-610 Classe 2 o Classe 3 quando si impostano le soglie di superamento/fallimento.

Cosa significa realmente l'introduzione all'ispezione a raggi X (ambito e limiti)

Comprendere i meccanismi fondamentali della tecnologia di ispezione è il primo passo prima di analizzare metriche specifiche. Un'introduzione all'ispezione a raggi X deve iniziare definendo il ruolo della tecnologia nella moderna produzione elettronica: è l'unico modo non distruttivo per verificare le connessioni che sono fisicamente nascoste alla vista. Nel contesto dell'assemblaggio di circuiti stampati (PCBA), l'ispezione a raggi X utilizza onde elettromagnetiche ad alta frequenza per penetrare il materiale del PCB. La saldatura, essendo densa e contenente metalli pesanti come stagno, piombo o argento, assorbe queste onde più del substrato in fibra di vetro o dei chip di silicio. Questo assorbimento crea un'immagine d'ombra (scala di grigi) dove le aree più scure rappresentano materiale più spesso o più denso.

Per produttori come APTPCB (Fabbrica di PCB APTPCB), questa tecnologia è indispensabile. Man mano che i componenti si riducono e la densità aumenta, l'ispezione visiva tradizionale diventa insufficiente. I raggi X sono utilizzati principalmente per:

Giunti nascosti: Ball Grid Array (BGA), Quad Flat No-leads (QFN) e Flip Chip.
Riempimento dei fori passanti: Verifica delle percentuali di riempimento dei barilotti nei connettori.
Allineamento multistrato: Controllo della registrazione degli strati interni durante la fabbricazione di schede nude.
Rilevamento di contraffazioni: Ispezione del wire bonding all'interno dei package IC.

Mentre l'ispezione ottica automatizzata (AOI) gestisce le parti a montaggio superficiale visibili, i raggi X gestiscono i rischi "invisibili".

Metriche importanti per l'introduzione all'ispezione a raggi X (come valutare la qualità)

Una volta definito l'ambito dell'ispezione, gli ingegneri devono quantificare la qualità utilizzando punti dati specifici. La tabella seguente illustra le metriche critiche utilizzate durante un'introduzione all'ispezione a raggi X e nelle operazioni quotidiane per garantire l'affidabilità della scheda.

Metrica	Perché è importante	Intervallo tipico o fattori influenzanti	Come misurare
Percentuale di vuoto	Grandi sacche d'aria indeboliscono il giunto e riducono la conduttività termica.	< 25% (Classe 2/3). < 15% per LED ad alta potenza.	Area calcolata del vuoto divisa per l'area totale della sfera.
Valore di scala di grigi	Indica lo spessore e la densità della saldatura. Valori incoerenti suggeriscono circuiti aperti o saldatura insufficiente.	Da 0 (Nero) a 255 (Bianco). La saldatura appare solitamente grigio scuro/nero.	Analisi istogramma della densità dei pixel nell'immagine.
Risoluzione (Micron)	Determina il più piccolo difetto visibile. Cruciale per i micro-BGA.	Da 0,5µm a 5µm. Minore è meglio per passo fine.	Calibrato utilizzando un bersaglio di risoluzione o un calibro.
Tensione del tubo (kV)	Una tensione più elevata penetra schede e schermi più spessi ma riduce il contrasto sui materiali chiari.	Da 80kV a 160kV a seconda dello spessore della scheda.	Impostato tramite il software di controllo della macchina a raggi X.
Campo visivo (FOV)	L'area visibile in una singola scansione. Un FOV più grande è più veloce ma riduce l'ingrandimento.	Da 10mm x 10mm a 50mm x 50mm.	Movimento fisico del rilevatore o del palco.
Tasso di falsi allarmi	Alti falsi allarmi rallentano la produzione; bassi falsi allarmi rischiano di far sfuggire i difetti.	Obiettivo < 500 ppm (parti per milione).	Confronto tra segnalazioni della macchina e verifica dell'operatore.
Circolarità della sfera di saldatura	Forme distorte indicano problemi di rifusione o disallineamento dei pad.	Deviazione da un cerchio perfetto (1,0).	Algoritmi software di analisi geometrica.

Come scegliere l'introduzione all'ispezione a raggi X: guida alla selezione per scenario (compromessi)

Dopo aver stabilito le metriche, la prossima sfida è selezionare la giusta strategia di ispezione per il vostro tipo di prodotto specifico. Questa sezione illustra "come scegliere" l'approccio corretto all'ispezione a raggi X rispetto ad altri metodi di test basati su scenari di produzione.

Scenario 1: SMT standard con componenti passivi

Raccomandazione: Solo AOI.
Compromesso: I raggi X sono lenti e costosi. Se tutti i pin sono visibili (resistenze, condensatori, SOIC), l'AOI è più veloce e sufficiente.
Verdetto: Saltare i raggi X a meno che non si debbano risolvere difetti di saldatura specifici.

Scenario 2: Assemblaggio complesso BGA e QFN

Raccomandazione: Ispezione automatizzata a raggi X 2D (AXI).
Compromesso: Essenziale per la qualità. Non è possibile ispezionare visivamente queste giunzioni. La 2D è più veloce della 3D ma ha difficoltà se i componenti si trovano su entrambi i lati della scheda.
Verdetto: Obbligatorio. Vedere le nostre capacità nell'assemblaggio BGA e QFN per maggiori dettagli.

Scenario 3: Schede a doppia faccia ad alta densità

Raccomandazione: Raggi X 3D (Laminografia).
Compromesso: I raggi X 2D producono immagini sovrapposte dei componenti superiori e inferiori, rendendo l'analisi impossibile. La 3D seziona l'immagine per concentrarsi su un singolo strato. È più lenta ma precisa.
Verdetto: Richiesto per schede popolate su entrambi i lati.

Scenario 4: Alta affidabilità (Automotive/Aerospaziale)

Raccomandazione: AXI in linea al 100%.
Compromesso: Ogni singola scheda viene scansionata automaticamente. Ciò crea un collo di bottiglia nella linea ma garantisce zero difetti critici non rilevati.
Verdetto: Necessario per applicazioni critiche per la sicurezza.

Scenario 5: Prototipo e NPI (Nuova Introduzione di Prodotto)

Raccomandazione: Raggi X manuali (Offline).
Compromesso: Un operatore sposta manualmente la scheda per ispezionare aree specifiche. È flessibile per la risoluzione dei problemi di processo ma troppo lento per il volume.
Verdetto: Ideale per l'analisi ingegneristica e l'ispezione del primo articolo.

Scenario 6: Fabbricazione di PCB nudi

Raccomandazione: Verifica del bersaglio di foratura tramite raggi X.
Compromesso: Utilizzato per controllare l'allineamento degli strati interni prima della foratura. Non per la qualità della saldatura, ma per l'integrità strutturale.
Verdetto: Processo standard nella produzione di PCB multistrato.

Punti di controllo per l'implementazione dell'introduzione dell'ispezione a raggi X (dal design alla produzione)

La selezione del metodo giusto è efficace solo se il processo di implementazione è rigorosamente controllato. Un'introduzione riuscita dell'ispezione a raggi X richiede punti di controllo in ogni fase, dal layout iniziale al forno di reflow finale.

1. Fase di progettazione: Geometria del pad

Raccomandazione: Assicurarsi che i pad BGA siano "Non-Solder Mask Defined" (NSMD) ove possibile per un migliore contrasto ai raggi X.
Rischio: Una scarsa definizione del pad rende imprecisa la misurazione automatizzata del diametro della sfera.
Accettazione: Il controllo DFM è superato. 2. Fase di progettazione: Posizionamento dei componenti
Raccomandazione: Evitare di posizionare componenti pesanti (trasformatori) direttamente di fronte a BGA a passo fine su schede a doppia faccia.
Rischio: Effetti di ombreggiatura nelle immagini a raggi X.
Accettazione: Revisione del modello 3D.

3. Fase dei materiali: Selezione della pasta saldante

Raccomandazione: Utilizzare una dimensione delle particelle consistente (Tipo 4 o 5) per i componenti a passo fine.
Rischio: Un volume di pasta incoerente porta a vuoti visibili ai raggi X.
Accettazione: Correlazione dei dati di ispezione della pasta (SPI).

4. Fase di configurazione: Calibrazione della macchina

Raccomandazione: Calibrare quotidianamente la scala di grigi e la precisione geometrica.
Rischio: La deriva nelle misurazioni porta a falsi positivi.
Accettazione: Verifica del target di calibrazione.

5. Fase di processo: Profilo di rifusione

Raccomandazione: Ottimizzare le zone di "soak" per minimizzare la formazione di vuoti.
Rischio: Il degassamento rapido crea vuoti > 25%.
Accettazione: Il test campione a raggi X mostra vuoti entro le specifiche.

6. Fase di ispezione: Taratura delle soglie

Raccomandazione: Regolare la sensibilità per bilanciare falsi allarmi e difetti non rilevati.
Rischio: Troppo sensibile = arresti di linea; Troppo permissivo = difetti spediti.
Accettazione: Studio Gage R&R.

7. Fase di convalida: Archiviazione delle immagini

Raccomandazione: Archiviare le immagini a raggi X per i componenti critici per numero di serie.
Rischio: Nessuna tracciabilità in caso di guasti sul campo.
Accettazione: Verifica del log del database.

8. Fase di manutenzione: Durata del tubo

Raccomandazione: Monitorare le ore di funzionamento del tubo a raggi X.
Rischio: La degradazione del filamento riduce la nitidezza dell'immagine.
Accettazione: Aderenza al programma di manutenzione preventiva.

Per un approfondimento su come gestiamo questi passaggi, consulta le nostre capacità di ispezione a raggi X.

Errori comuni nell'introduzione dell'ispezione a raggi X (e l'approccio corretto)

Anche con robusti punti di controllo, i produttori cadono spesso in trappole specifiche durante l'esecuzione. Questa sezione evidenzia gli errori comuni durante la conduzione di un'introduzione all'ispezione a raggi X e come APTPCB li evita.

Affidarsi esclusivamente al 2D per schede a doppia faccia
- Errore: Tentare di ispezionare un BGA sul lato superiore mentre un QFN si trova direttamente sotto sul lato inferiore. Le immagini si fondono, rendendo impossibile il calcolo dei vuoti.
- Correzione: Utilizzare la laminografia 3D o il posizionamento sfalsato dei componenti durante la progettazione.
Ignorare i difetti "Head-in-Pillow" (HiP)
- Errore: Concentrarsi solo su cortocircuiti e ponti. I difetti HiP (dove la sfera poggia sul pad ma non si unisce) spesso appaiono come buoni cerchi nell'ispezione a raggi X 2D.
- Correzione: Utilizzare viste angolate (raggi X obliqui) o ispezione 3D per vedere la forma dell'interfaccia.
Interpretare erroneamente i criteri di vuoto
- Errore: Rifiutare qualsiasi scheda con un vuoto. I piccoli vuoti sono normali e spesso accettabili.

Correzione: Seguire gli standard IPC-A-610. Rifiutare solo se l'area cumulativa dei vuoti supera il limite (solitamente 25%) o se i vuoti si trovano all'interfaccia (micro-vuoti planari).

Trascurare i pad termici sui QFN
- Errore: Ispezionare i pin ma ignorare il grande pad di massa centrale.
- Correzione: Il pad centrale è fondamentale per la dissipazione del calore. Assicurarsi che la formazione di vuoti qui sia < 50% (o secondo le specifiche del cliente).
Alta potenza su bassa densità
- Errore: Utilizzare impostazioni kV elevate per schede sottili e flessibili. Il fascio passa troppo facilmente, risultando in un'immagine sbiadita con basso contrasto.
- Correzione: Abbassare la tensione per aumentare il contrasto per i materiali più leggeri.
Trascurare i raccordi del tallone in THT
- Errore: Utilizzare i raggi X solo per SMT.
- Correzione: I raggi X sono il modo migliore per verificare il riempimento del barilotto (75% o 100%) per i connettori a tecnologia a foro passante (THT) che sono oscurati dal corpo del connettore.

FAQ sull'introduzione all'ispezione a raggi X (costo, tempi di consegna, materiali, test, criteri di accettazione)

Per concludere l'applicazione pratica, ecco le risposte alle domande più frequenti riguardanti la logistica e gli standard dell'introduzione all'ispezione a raggi X.

1. In che modo l'introduzione dell'ispezione a raggi X influisce sul costo dell'assemblaggio? L'ispezione a raggi X aggiunge un costo aggiuntivo rispetto all'AOI standard perché l'attrezzatura è più costosa e il processo è più lento. Tuttavia, per le schede BGA/QFN, il costo di non ispezionare (rilavorazione, guasto sul campo) è significativamente più alto. Presso APTPCB, ottimizziamo questo aspetto utilizzando piani di campionamento per lotti stabili e un'ispezione al 100% per i NPI.

2. L'introduzione dell'ispezione a raggi X aumenta i tempi di produzione? L'AXI in linea può essere un collo di bottiglia se non bilanciata correttamente. L'ispezione batch offline aggiunge un tempo minimo (solitamente meno di 1 giorno) al tempo di consegna totale. Per i prototipi a consegna rapida, diamo priorità ai raggi X per garantire un feedback immediato.

3. Quali materiali interferiscono con i risultati dell'ispezione a raggi X? I metalli pesanti (schermature RF, dissipatori di calore in rame spesso, grandi induttori) bloccano i raggi X, creando "ombre". Se un BGA è posizionato sotto uno schermo metallico, i raggi X non possono vederlo efficacemente. Progettare lo schermo in modo che sia rimovibile o posizionarlo dopo l'ispezione.

4. Come si confronta la copertura di test dell'ispezione a raggi X con l'ICT? I raggi X controllano l'integrità strutturale (forma della saldatura, vuoti), mentre il test in-circuit (ICT) controlla la funzione elettrica. Sono complementari. I raggi X possono trovare un giunto marginale che supera l'ICT elettricamente ma che fallirà meccanicamente in seguito a causa delle vibrazioni.

5. Quali sono i criteri di accettazione standard per l'ispezione a raggi X? Seguiamo rigorosamente la norma IPC-A-610 (Accettabilità degli assemblaggi elettronici). Per la Classe 2, i vuoti devono essere inferiori al 25% dell'area della sfera. Per la Classe 3 (Alta Affidabilità), i criteri possono essere più stringenti a seconda del tipo di difetto specifico.

6. I raggi X possono danneggiare i componenti sensibili? Generalmente, no. La dose di radiazioni utilizzata per l'ispezione PCBA è molto bassa e sicura per il silicio e la memoria standard. Tuttavia, alcuni sensori specializzati o memorie flash non programmate potrebbero avere limiti di esposizione, che dovrebbero essere comunicati durante la fase di preventivo.

7. Qual è la differenza tra raggi X 2.5D e 3D? Il 2.5D consente al rilevatore di inclinarsi, permettendo agli operatori di guardare "sotto" un componente da un'angolazione. Il 3D costruisce un modello volumetrico strato per strato. Il 2.5D è spesso sufficiente per il debug; il 3D è il migliore per il test automatico passa/fallisce su schede complesse.

8. Perché vedo giunti di saldatura "grigi" nell'immagine a raggi X? La saldatura assorbe i raggi X, quindi dovrebbe apparire scura. Se appare grigio chiaro, potrebbe indicare un volume di saldatura insufficiente, un giunto di saldatura "freddo" o un difetto Head-in-Pillow in cui la sfera non si è completamente bagnata con la pasta.

Risorse per l'introduzione all'ispezione a raggi X (pagine e strumenti correlati)

Standard di qualità PCB: Comprendere il contesto più ampio del controllo qualità oltre i soli raggi X.
Standard IPC: La fonte ufficiale per i criteri di accettazione (IPC-A-610).
Visualizzatore Gerber: Utilizza i nostri strumenti per controllare il tuo layout per il posizionamento BGA prima della produzione.

Introduzione all'ispezione a raggi X: glossario (termini chiave)

Termine	Definizione
AXI	Ispezione automatica a raggi X. Una macchina che scansiona e valuta automaticamente i giunti di saldatura basandosi su algoritmi.
BGA	Ball Grid Array. Un package di componenti in cui le connessioni si trovano sotto il chip, richiedendo l'ispezione a raggi X.
Vuoto	Aria o gas di flussante intrappolati all'interno di un giunto di saldatura. Misurato come percentuale dell'area totale del giunto.
Cortocircuito (o "Bridging")	Un difetto in cui la saldatura collega due piazzole adiacenti che dovrebbero essere elettricamente isolate (un cortocircuito).
Head-in-Pillow (HiP)	Un difetto in cui la sfera BGA poggia sulla pasta saldante ma non si fonde in un unico giunto.
Laminografia	Una tecnica a raggi X 3D che crea sezioni trasversali della scheda per isolare strati specifici.
Scala di grigi	La gamma di sfumature dal nero al bianco in un'immagine a raggi X, che rappresenta la densità del materiale.
Campo visivo (FOV)	L'area fisica del PCB che può essere vista dal rilevatore a raggi X in un singolo scatto.
Micron (µm)	Unità di misura per la risoluzione. 1 µm = 0,001 mm. Critico per il rilevamento di microfratture.
kV (Chilovolt)	L'unità di energia per il tubo a raggi X. Un kV più alto penetra materiali più densi.
IPC-A-610	La specifica standard del settore per l'accettabilità degli assemblaggi elettronici.
Sfera di saldatura	La connessione di saldatura sferica su un package BGA.

Conclusione: introduzione all'ispezione a raggi X – prossimi passi

Padroneggiare l'introduzione all'ispezione a raggi X significa più che semplicemente guardare immagini in bianco e nero; si tratta di garantire l'affidabilità a lungo termine dei vostri prodotti elettronici. Dalla definizione delle metriche giuste come la percentuale di vuoti alla scelta tra ispezione 2D e 3D basata sulla complessità della vostra scheda, i raggi X sono il custode ultimo della qualità nascosta.

Presso APTPCB, integriamo l'ispezione a raggi X avanzata nel nostro flusso di lavoro standard per tutti gli assemblaggi di componenti BGA e senza piombo. Per garantire che il vostro prossimo progetto proceda senza intoppi attraverso la validazione, vi preghiamo di fornire quanto segue quando richiedete un preventivo:

File Gerber: Per analizzare la densità e il posizionamento dei componenti.
Dettagli dello Stackup: Per determinare lo spessore totale della scheda e la potenza dei raggi X richiesta.
Requisiti di Test: Specificare se è necessaria un'ispezione di Classe 2 o Classe 3, o se si hanno limiti di vuoto personalizzati.
Componenti Critici: Evidenziare eventuali BGA o QFN specifici che richiedono una validazione a raggi X al 100%.

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