Рентгеновский контроль: Удобное для покупателя руководство (Характеристики, Риски, Чек-лист)

Рентгеновский контроль: что охватывает это руководство (и для кого оно предназначено)

Это руководство предназначено для инженеров по качеству, менеджеров по новым продуктам (NPI) и руководителей отдела закупок, отвечающих за валидацию сложных сборок печатных плат (PCBA). Если ваша конструкция включает шариковые матричные выводы (BGA), безвыводные корпуса с четырёхсторонним расположением контактов (QFN) или разъемы высокой плотности, где паяные соединения скрыты от невооруженного глаза, полагаться исключительно на визуальные проверки является риском. Это руководство фокусируется на рентгеновском контроле как на критически важном гаранте надежности, выходя за рамки базовых метрик "годен/негоден" и переходя к действенным спецификациям и снижению рисков.

В APTPCB (Завод печатных плат APTPCB) мы часто видим, что стратегии контроля терпят неудачу не из-за отсутствия технологий, а из-за неоднозначности требований. Это руководство поможет вам точно определить, что вам нужно от вашего производственного партнера — от пределов процента пустот до требований к разрешению изображения — гарантируя, что ваши компоненты "черного ящика" будут правильно припаяны до того, как покинут заводской цех.

Вы найдете структурированный подход к определению критериев контроля, анализ скрытых рисков, которые может пропустить стандартный 2D рентген, и план валидации для соотнесения рентгеновских данных с физической реальностью. Мы также предоставляем готовый для покупателя контрольный список для включения в ваши запросы коммерческого предложения (RFQ), гарантируя, что ваши поставщики способны обеспечить уровень контроля, требуемый вашим продуктом.

Когда рентгеновский контроль является правильным подходом (и когда нет)

Рентгеновский контроль не является универсальной заменой оптическим методам; это специализированный инструмент для конкретных геометрий. Понимание того, где он вписывается в экосистему контроля качества, предотвращает перерасход средств на ненужные тесты, обеспечивая при этом критическое покрытие.

Используйте рентгеновский контроль, когда:

Скрытые паяные соединения: Компоненты, такие как BGA, CSP (корпуса с чипами), LGA и QFN, имеют контактные площадки под корпусом. Оптическая прямая видимость заблокирована.
Многослойное заполнение отверстий: Вам необходимо проверить проникновение припоя в сквозные отверстия (заполнение отверстий) в толстых многослойных печатных платах, где визуальный осмотр с нижней стороны неубедителен из-за радиаторов или экранирования.
Проверка проволочных соединений: В Chip-on-Board (COB) или сложной упаковке ИС проверка на предмет изгиба проволоки или обрыва соединительных проводов требует рентгеновского проникновения.
Анализ пустот: Вы должны количественно определить процент газовых пустот внутри большой тепловой площадки (например, под силовым полевым транзистором или QFN), чтобы убедиться, что теплопроводность соответствует спецификациям IPC.

Не полагайтесь исключительно на рентген, когда:

Поверхностные дефекты: Для проверки полярности компонентов, текстовых маркировок или мостиков припоя на видимых выводах AOI-контроль (автоматический оптический контроль) быстрее, дешевле и имеет более высокое разрешение.
Объем паяльной пасты: Для предотвращения дефектов до оплавления SPI-контроль (контроль паяльной пасты) превосходит. Рентген — это детектив после оплавления; SPI — это профилактика до оплавления.
Электрическая функция: Рентген подтверждает структурную целостность, а не электрическое соединение. Соединение может выглядеть хорошо на рентгене (head-in-pillow), но быть электрически неисправным. Его необходимо сочетать с внутрисхемным или функциональным тестированием.

Требования, которые необходимо определить перед запросом коммерческого предложения

Чтобы получить надежное коммерческое предложение и надежный продукт, вы должны выйти за рамки простого запроса "рентгеновского контроля" и указать параметры. Неопределенность в этом вопросе приводит к тому, что поставщики используют настройки с низким разрешением для экономии времени.

Предел процентного содержания пустот (класс IPC): Четко укажите максимально допустимый процент пустот. Для IPC-A-610 Класс 2 это обычно <25% площади. Для Класса 3 или высоконадежных силовых применений может потребоваться <15% или <10%.
Диаметр наибольшей пустоты: В дополнение к общему проценту, укажите, запрещены ли отдельные крупные пустоты (например, "Нет одиночной пустоты >50% диаметра контактной площадки") для предотвращения концентрации напряжений.
Диаметр шарика BGA и высота коллапса: Определите целевой диаметр и высоту коллапса для шариков BGA. Это помогает обнаружить дефекты типа "снеговик", когда шарик не расплавился должным образом.
Разрешение изображения (микроны): Укажите требуемое разрешение на основе вашей наименьшей детали. Для стандартных BGA достаточно 5-10 микрон. Для микро-BGA или флип-чипов может потребоваться возможность <1 микрона.
Возможность наклона/косого угла: Требуйте возможность косого обзора (например, 45-70 градусов). Прямой (2D) рентген часто пропускает дефекты типа "Head-in-Pillow".
Частота выборки (AQL против 100%): Определите, требуется ли 100% контроль (каждая плата, каждый BGA) или статистическая выборка (например, AQL 0,65). 100% контроль значительно увеличивает время цикла и стоимость.
Политика хранения изображений: Определите, как долго должны храниться рентгеновские изображения. Для автомобильной или аэрокосмической промышленности может потребоваться хранение изображений в течение 5-10 лет для отслеживаемости.
Частота ложных срабатываний (ложный отказ): Установите ожидания по ложным срабатываниям при использовании автоматизированного рентгеновского контроля (AXI). Высокая частота ложных срабатываний останавливает линию; вам нужен процесс, настроенный на <500 ppm ложных срабатываний.
Специфика компонентов: Точно перечислите, какие позиционные обозначения (например, U1, U12) требуют рентгеновского контроля. Не оставляйте оператору возможность угадывать, какие детали являются критическими.
Чувствительность к излучению: Если ваша плата содержит флэш-память или чувствительные датчики, укажите максимальные пределы радиационного облучения для предотвращения повреждения данных или датчиков.
Формат отчета: Определите формат вывода. Вам нужно сводное PDF-резюме или необработанные изображения DICOM/TIFF для собственного анализа?
Проверка переделки: Четко укажите, что любой переделанный BGA должен пройти 100% рентгеновский контроль для проверки ремонта.

Скрытые риски, которые препятствуют масштабированию

Масштабирование от прототипа до массового производства вводит переменные, которые могут сделать вашу первоначальную рентгеновскую валидацию неэффективной. Эти риски часто скрываются в вариациях процесса.

Дефекты типа "голова-в-подушке" (HiP):
Риск: Шарик BGA деформируется в пасту, но не образует металлургической связи (как голова на подушке).
Почему: Деформация во время оплавления или недостаточная активность флюса.
Обнаружение: Невидимо при 2D-рентгене сверху. Требует косых/угловых видов или 3D-ламинаграфии.
Предотвращение: Использование высокоактивного флюса, контроль деформации и обязательная угловая инспекция.
Пустоты типа "Шампанское":
- Риск: Мельчайшие пустоты, собравшиеся на границе шарика и контактной площадки, создающие слабое место для излома.
- Почему: Выделение газов из химии металлизации переходных отверстий в контактной площадке.
- Обнаружение: Очень трудно обнаружить из-за малого размера; требует рентгена с высоким увеличением.
- Предотвращение: Строгий контроль изготовления печатных плат (качество металлизации) и запекание плат перед сборкой.
Затенение при двухсторонней сборке:
- Риск: Компоненты на нижней стороне блокируют рентгеновский обзор компонентов на верхней стороне.
- Почему: Высокоплотные компоновки размещают большие конденсаторы или индукторы непосредственно под BGA.
- Обнаружение: Изображения выглядят загроможденными и нечитаемыми.
- Предотвращение: Анализ Design for Test (DFT) для смещения критических компонентов или использование 3D-рентгена (ламинаграфии), который прорезает слои.
Недостаточное заполнение отверстия (THT):
- Риск: Сквозные выводы выглядят припаянными сверху и снизу, но центр пуст.
- Почему: Недостаточный нагрев или высота волны во время пайки.
- Обнаружение: Рентген показывает форму "песочных часов" в столбике припоя.
Предотвращение: Оптимизировать профиль волны и использовать рентген для точной настройки параметров предварительного нагрева.
Ложная уверенность в "Прошел":
- Риск: Оператор пропускает пограничную плату, потому что изображение размыто или настройки неточны.
- Причина: Отсутствие сравнения с "Золотым образцом" или усталость оператора.
- Обнаружение: Проверить проверку. Повторно осмотреть выборку "прошедших" плат.
- Предотвращение: Внедрить автоматизированную рентгеновскую инспекцию (AXI) для устранения субъективности оператора.
Радиационное повреждение памяти:
- Риск: Стирание или повреждение предварительно запрограммированной прошивки в микроконтроллерах или Flash-памяти.
- Причина: Высокоэнергетические фотоны могут изменять биты в транзисторах с плавающим затвором.
- Обнаружение: Функциональный тест не проходит после рентгена.
- Предотвращение: Экранировать чувствительные части или ограничить время экспозиции/настройки кВ.
Узкие места пропускной способности:
- Риск: Рентген становится самым медленным этапом, снижая производительность линии.
- Причина: Требование 100% инспекции на медленной машине.
- Обнаружение: НЗП (Незавершенное производство) накапливается на рентгеновской станции.
- Предотвращение: Переключиться на выборочный контроль (AQL) после подтверждения стабильности процесса или инвестировать в более быстрые встроенные AXI.
Разногласия в интерпретации:
- Риск: Поставщик говорит "Прошел", вы говорите "Не прошел".
- Причина: Субъективная интерпретация изображений в оттенках серого.
- Обнаружение: Споры по поводу отклоненных партий.
- Предотвращение: Создать "Библиотеку дефектов" с согласованными изображениями границ "Прошел/Не прошел" до начала производства.

План валидации (что тестировать, когда и что означает «пройдено»)

Надежный план валидации переводит вас от «надежды, что это хорошо» к «доказательству, что это хорошо». Этот план коррелирует рентгеновские данные с физической реальностью.

Создание эталонного образца:
- Цель: Установить базовый уровень для идеального паяного соединения.
- Метод: Собрать 5 плат, проверить рентгеном и подтвердить 100% функциональность.
- Приемка: Изображения четкие, резкие и сохранены как эталонный стандарт.
Внедрение дефектов («Красный кролик»):
- Цель: Доказать, что рентгеновский аппарат действительно может обнаруживать дефекты.
- Метод: Преднамеренно создать дефекты (отсутствующий шарик, закороченные контактные площадки, недостаточное количество пасты) на тестовой плате.
- Приемка: Оператор рентгеновского аппарата или сам аппарат должен правильно идентифицировать 100% внедренных дефектов.
Корреляция поперечного сечения (разрушающая):
- Цель: Проверить рентгеновские измерения на соответствие физической реальности.
- Метод: Взять плату, прошедшую рентгеновский контроль, разрезать и отполировать интерфейс BGA (микрошлифовка).
- Приемка: Процент физических пустот и слой IMC (интерметаллического соединения) соответствуют рентгеновской интерпретации.
Тест с красителем и отрывом (разрушающий):
- Цель: Обнаружить дефекты типа «Head-in-Pillow» или открытые соединения, которые рентген может пропустить.
- Метод: Ввести красный краситель под BGA, отвердить и отделить компонент.
- Приемка: Краситель не должен присутствовать на поверхности паяного соединения (краситель указывает на зазор/трещину).
Gauge R&R (Повторяемость):
- Цель: Убедиться, что измерительная система является последовательной.
- Метод: Оператор должен измерить один и тот же процент пустот на одной и той же плате 10 раз.
- Приемлемость: Отклонение должно быть менее 10%.
Отчет о проверке первого образца (FAI):
- Цель: Формальное утверждение первой производственной партии.
- Метод: 100% рентгеновский контроль первых 5-10 плат с подробными отчетами об анализе пустот.
- Приемлемость: Все критические компоненты соответствуют спецификациям IPC Класса 2/3; отчет подписан вашим инженером.
Настройка встроенного AXI (если применимо):
- Цель: Оптимизировать скорость и ложные вызовы.
- Метод: Пропустить 50 заведомо исправных плат через машину.
- Приемлемость: Частота ложных вызовов < 500 ppm; время цикла соответствует такту линии.
Проверка на помехи от радиатора:
- Цель: Убедиться, что окончательная сборка не блокирует проверку.
- Метод: Рентгеновский контроль платы после установки радиаторов или экранов.
- Приемлемость: Критические соединения по-прежнему видны, или проверка переносится на более ранний этап процесса.
Тест на сохранение данных:
- Цель: Проверить отслеживаемость.
- Метод: Запросить рентгеновские изображения для конкретного серийного номера за предыдущую неделю.
- Приемлемость: Поставщик извлекает правильные изображения в течение 4 часов.
Аудит радиационной безопасности:
- Цель: Обеспечить безопасность компонентов.

Метод: Проверьте настройки машины (кВ, мА, время) по техническим паспортам компонентов.
Приемлемость: Настройки находятся ниже порогов повреждения для чувствительных ИС.

Контрольный список поставщика (готовый для покупателя контрольный список для включения в ваши запросы коммерческого предложения (RFQ) + вопросы аудита)

Используйте этот контрольный список для проверки APTPCB или любого другого производственного партнера. Он отделяет способных поставщиков от тех, кто просто "имеет машину".

Группа 1: Входные данные RFQ (Что вы отправляете)

Список критических компонентов: Определенный список обозначений (U1, U2 и т.д.), требующих проверки.
Стандарт приемки: Указан IPC-A-610 Класс 2 или Класс 3.
Критерии пустот: Специфический % лимит (например, макс. 25% общий, макс. 10% одиночная пустота).
Требование к отчетности: Сводка в формате PDF против полной доставки необработанных изображений.
Стратегия объема: 100% инспекция против плана выборочного контроля AQL.
Файлы CAD/Gerber: Предоставляются для помощи в программировании автоматизированных машин.
Детали стека: Вес меди и количество слоев (влияет на необходимую проникающую способность рентгеновских лучей).
Панелизация: Определенный массив панелей (влияет на перемещение и скорость машины).

Группа 2: Доказательство возможностей (Что они должны показать)

Тип машины: 2D (пропускание) против 2.5D (косое) против 3D (КТ/ламинаграфия).
Разрешение: Минимальный размер распознавания элементов (например, < 2 микрон).
Напряжение трубки: Достаточное кВ (например, 130кВ+) для проникновения через самую толстую плату.
Тип детектора: Плоскопанельный детектор (цифровой) предпочтительнее усилителя изображения (аналогового).
Косой обзор: Может ли машина наклоняться более чем на 45 градусов для просмотра формы шариков BGA?
Автоматизированный анализ: Возможность программного обеспечения автоматически рассчитывать процент пустот (устраняет человеческую ошибку).
Максимальный размер платы: Подходит ли машина под размеры вашей панели?
Библиотека дефектов: Примеры дефектов, которые они успешно обнаружили недавно.

Группа 3: Система качества и прослеживаемость

Сериализация: Связаны ли рентгеновские данные с серийным номером печатной платы?
Хранение изображений: Изображения хранятся на локальном диске или центральном сервере? Частота резервного копирования?
Сертификация оператора: Обучены ли инспекторы стандартам IPC-A-610?
Калибровка: Калибруется ли машина ежегодно? (Спросите наклейку/сертификат).
Несоответствующий материал: Процесс разделения плат, не прошедших рентгеновский контроль (красный контейнер/заблокированный конвейер).
Цикл доработки: Требует ли система повторной проверки после доработки?

Группа 4: Контроль изменений и поставка

Уведомление об изменении процесса (PCN): Уведомят ли они вас, если поменяют рентгеновские аппараты?
Планирование мощности: Достаточно ли у них рентгеновской мощности для вашего пикового объема?
Управление узкими местами: План на случай выхода из строя рентгеновского аппарата (резервный аппарат?).
Пропускная способность: Расчетное время проверки одной платы по сравнению с тактом производственной линии.
Время выполнения отчетов: Как быстро после производства доступны отчеты?
Путь эскалации: Кто принимает решения по "пограничным" изображениям?

Руководство по принятию решений (компромиссы, которые вы действительно можете выбрать)

Инженерия — это компромиссы. Вот как принимать решения относительно рентгеновского контроля.

2D против 3D (КТ) контроля:
- Если вы отдаете приоритет стоимости и скорости: Выберите 2D рентген. Он быстрый и обнаруживает грубые дефекты, такие как перемычки и большие пустоты.
- Если вы отдаете приоритет надежности и сложным геометриям: Выберите 3D/КТ. Он медленнее и дороже, но необходим для обнаружения HiP, двухсторонних плат и PoP (Package on Package).
Выборочный контроль (AQL) против 100% контроля:
- Если вы отдаете приоритет пропускной способности: Выберите выборочный контроль AQL (например, проверьте 10% партии). Используйте это только после стабилизации процесса (Cpk > 1.33).
- Если вы отдаете приоритет отсутствию пропущенных дефектов: Выберите 100% контроль. Обязательно для автомобильной, медицинской и аэрокосмической отраслей, но увеличивает затраты.
Офлайн против Встроенного контроля:
- Если вы отдаете приоритет гибкости/NPI: Выберите Офлайн (островной) рентген. Отлично подходит для отладки и малых объемов.
- Если вы отдаете приоритет стабильности массового производства: Выберите Встроенный AXI. Он находится на конвейерной линии, автоматически проверяет и не зависит от оператора, вручную перемещающего платы.
Ручной против Автоматизированного анализа:
- Если вы отдаете приоритет низким затратам на настройку: Выберите Ручной анализ. Оператор смотрит на экран. Хорошо для прототипов.
- Если вы отдаете приоритет целостности данных: Выберите Автоматизированный анализ. Программное обеспечение подсчитывает пустоты. Устраняет "мнение" из решения о качестве.
Деструктивная против неразрушающей валидации:
- Если вы отдаете приоритет сохранению платы: Придерживайтесь рентгена.
- Если вы отдаете приоритет анализу первопричин: Вы должны пожертвовать платой для поперечного сечения или Dye and Pry, чтобы доказать правдивость рентгена.

FAQ

В: Может ли рентгеновский контроль повредить мои компоненты? О: В целом, нет. Однако некоторые типы памяти (EPROM, Flash) и чувствительные аналоговые датчики могут быть повреждены при длительном воздействии.

Проверьте технические паспорта компонентов на предмет пределов радиации.
Ограничьте время экспозиции и используйте самую низкую эффективную настройку кВ.

В: В чем разница между AOI и рентгеном? О: AOI-инспекция использует камеры и свет для проверки видимых характеристик (полярность, текст, галтели припоя). Рентгеновская инспекция использует излучение, чтобы видеть сквозь корпус к скрытым соединениям.

AOI = Поверхность / Видимый.
Рентген = Внутренний / Скрытый.

В: Почему рентген не может обнаружить все дефекты "Head-in-Pillow"? О: При виде сверху (2D) шарик идеально перекрывает контактную площадку, маскируя отсутствие сплавления.

Вам нужны косые (угловые) виды или 3D-ламинаграфия, чтобы увидеть разделительный слой.
Dye and Pry является окончательным арбитром для проблем HiP.

В: Насколько рентгеновский контроль увеличивает стоимость? О: Это зависит от стратегии.

Выборочный контроль (AQL) добавляет незначительные затраты.
100% ручной контроль может добавить значительные затраты на рабочую силу и время.
Встроенный AXI имеет высокую первоначальную стоимость машины, но низкую стоимость рабочей силы на единицу. В: Могут ли рентгеновские лучи проверять компоненты на подлинность? О: Да, это основной инструмент для этого.
Он выявляет размер кристалла и схему проволочного монтажа внутри чипа.
Сравнение рентгеновского снимка полученной детали с "эталонной" деталью из технического описания немедленно выявляет подделки.

В: Что такое "пустоты" и всегда ли это плохо? О: Пустоты — это газ, застрявший в паяном соединении.

Небольшие пустоты нормальны и приемлемы (IPC допускает до 25%).
Чрезмерное образование пустот снижает теплопередачу и механическую прочность.
Расположение имеет значение: пустоты на границе раздела (плоскостные микропустоты) опасны; пустоты в центре менее критичны.

В: Выполняет ли APTPCB рентгеновский контроль всех плат? О: Мы выполняем рентгеновский контроль всех плат, содержащих BGA, QFN или бессвинцовые корпуса, в рамках нашего стандартного процесса контроля качества.

Для прототипов: мы обычно проверяем 100% BGA.
Для массового производства: мы определяем план выборки или стратегию встроенного контроля на основе требований заказчика.

В: Могут ли рентгеновские лучи видеть внутри многослойной печатной платы? О: Да. Он может проверять совмещение внутренних слоев, выравнивание отверстий и глухие/скрытые переходные отверстия.

Это часто делается во время изготовления печатной платы, отдельно от контроля сборки PCBA.

Услуги рентгеновского контроля – Подробное описание наших возможностей рентгеновского контроля, характеристик оборудования и диапазона обнаружения дефектов.
Монтаж BGA и компонентов с малым шагом – Почему компоненты с малым шагом требуют специализированных тепловых профилей и стратегий контроля.
AOI-контроль – Узнайте, как мы сочетаем оптический контроль с рентгеновским для полного охвата.
Контроль первого образца (FAI) – Как мы используем рентгеновские данные для проверки самой первой платы перед полномасштабным производством.
Рекомендации DFM – Советы по проектированию, чтобы обеспечить точный рентгеновский анализ размещения ваших компонентов (избегая затенения).

Запросить коммерческое предложение

Получить коммерческое предложение и обзор DFM – Отправьте нам свой дизайн сегодня; наши инженеры рассмотрят вашу компоновку BGA/QFN и предложат индивидуальный план контроля.

Для получения наиболее точного коммерческого предложения и DFM, пожалуйста, включите:

Файлы Gerber: Формат RS-274X.
BOM (Перечень материалов): С номерами деталей производителя.
Файл Centroid/Pick & Place: Для автоматизированного программирования.
Монтажные чертежи: Выделение критических точек контроля.
Требования к испытаниям: Укажите класс IPC (2 или 3) и любые пользовательские пределы пустот.

Заключение

Эффективный рентгеновский контроль — это не просто наличие машины; это определение правильных критериев приемки и валидация процесса, который производит изображения. Указывая пределы пустот, требуя наклонных видов для валидации BGA и коррелируя рентгеновские данные с физическими поперечными сечениями, вы превращаете стандартную проверку в строгий контроль качества. Независимо от того, создаете ли вы высоконадежное аэрокосмическое оборудование или потребительские устройства IoT, четкая стратегия контроля гарантирует, что то, что вы не можете увидеть, не повредит производительности вашего продукта в полевых условиях.