W ostatnich latach komponenty elektroniczne w obudowach, takich jak BGA, QFN czy CSP oraz mikroukłady typu bare-die, znajdują coraz szersze zastosowanie w produkcji elektroniki.
Lutowanie na PCB elementów w obudowach, takich jak BGA, w porównaniu z innymi komponentami, ma swoje wady, na przykład trudno ocenić jakość połączeń lutowanych pod pakietem na podstawie inspekcji wzrokowej, co oznacza, że konieczne jest zastosowanie innych technik. Sięga się jednak po tego rodzaju elementy z uwagi na fakt, że obudowy BGA oferują większą liczbę pinów, mniejszą indukcyjność i pojemność między pinami oraz lepszą wydajność chłodzenia.
Aby zapewnić odpowiednio wysoką jakość lutowania, coraz więcej producentów wybiera promieniowanie rentgenowskie, aby sprawdzać elementy, które ukryły złącza lutowane - tak jak wspominane obudowy BGA. Promieniowanie rentgenowskie jest szeroko stosowane do sprawdzania elementów, które ukryte są pod powierzchnią. We współczesnym świecie promieniowanie rentgenowskie jest dobrze znane w medycynie, ale oprócz medycyny jest również szeroko stosowane przez inne gałęzie przemysłu, takie jak kontrola bezpieczeństwa, kontrola żywności, testowanie urządzeń elektronicznych i tak dalej. Poniżej opiszemy, czemu i jak stosuje się promienie Roentgena w elektronice do badania jakości montażu elementów SMD, szczególnie układów BGA.
Co to jest prześwietlenie promieniami Roentgena?
Inspekcja rentgenowska to zazwyczaj zautomatyzowana inspekcja rentgenowska (AXI). Wykorzystuje ona rodzaj krótkiej długości fali elektromagnetycznej; długość fali promieniowania rentgenowskiego jest o wiele mniejsza niż długość fali światła widzialnego (około 0,001 ~ 10 nanometrów). Energia takiego fotonu jest dziesiątki do setek, a nawet tysięcy razy większa niż energia fotonów światła widzialnego.
Promieniowanie to zostało odkryte przez niemieckiego fizyka - Wilhelma Konrada Roentgena w 1895 roku, dlatego nazywa się je promieniowaniem Roentgena. Promieniowanie rentgenowskie jest wysoce penetrujące, może przenikać wiele substancji nieprzezroczystych dla światła widzialnego. Dlatego też wykorzystuje się je w przemyśle produkcyjnym PCBA do badania gotowych modułów. Dzięki wysokiej penetracji tego promieniowania, idealnie nadaje się ono do inspekcji połączeń lutowanych, znajdujących się w niedostępnych miejscach, takich jak np. pod układem w obudowie BGA.
Dlaczego potrzebna jest kontrola rentgenowska w PCBA?
W ostatnich latach komponenty w obudowach BGA, QFN, CSP mają coraz szersze zastosowanie. Tak jak pisaliśmy powyżej, oprócz oczywistych zalet, obudowy te stanową też spore wyzwanie technologiczne dla lutowania oraz inspekcji gotowych moduów.
Sprzęt rentgenowski wykorzystuje silną przenikalność promieniowania rentgenowskiego do obrazowania wewnętrznych elementów PCB. Lampa rentgenowska emituje promieniowanie, które może skutecznie penetrować badane obiekty. Klisza lub inny detektor znajduje się po drugiej stronie prześwietlanej płytki. Zaciemnienie na obrazie jest zróżnicowane i wynika z różnej gęstości i grubości warstw, przez które przechodzi promieniowanie z lampy. Pozwala to zarówno na inspekcję wewnętrznych warstw PCB, jak i połączeń lutowanych pod układami BGA czy QFP. Aby zapewnić wysoką jakość lutowania, coraz więcej producentów wybiera promieniowanie rentgenowskie, aby sprawdzić spoiny, które ukryły elementy.
Jak przeprowadzić kontrolę rentgenowską?
Zautomatyzowana lampa transmisyjna emituje promienie rentgenowskie przechodzące przez badaną płytkę. Detektor znajduje się po drugiej stronie maszyny; zmienia on promieniowanie rentgenowskie na widzialny obraz jak ze zwykłej kamery. Materiał płytki pochłania promieniowanie rentgenowskie w różnym stopniu zależnie od swojej gęstości i ciężaru atomowego pierwiastków składowych. Im większa gęstość, tym silniejsza absorpcja promieniowania rentgenowskiego, więc obraz będzie bardziej zaciemniony.
Jakie wady może wykryć promieniowanie rentgenowskie?
Rentgen może wykryć wewnętrzne błędy lutowania komponentów. Wykorzystuje się zdolność przenikania promieniowania rentgenowskiego do wykrywania słabego lutowanego - zbyt krótkiego lub w za niskiej temperaturze, a także inne problemy z połączeniami lutowanymi.
Gdy występują defekty, takie jak porowatość czy niepełne lutowanie, w obszarze defektu powstanie jasna plama lub jasna linia. Wizualnie można ocenić, czy obszar jest wadliwy na podstawie tego, czy jest jaśniejszy niż otaczający obszar tła na obrazie. Algorytmy przetwarzania obrazu mogą automatycznie ocenić, czy obszar jest defektem na podstawie wartości szarości pikseli na zebranym obrazie.
Najbardziej prawdopodobne przyczyny powstawania pustek to pasta lutownicza niskiej jakości i utleniony lub zawilgocony komponent. Na zdjęciach rentgenowskich w złączu lutowniczym można zobaczyć "bąbelki", jak widać na zdjęciu poniżej.
Jeśli pomiędzy polami lutowniczymi wiać szare mostki, to od razu można orzec, że mamy tutaj do czynienia ze zwarciem.
Jeśli ilość pasty lutowniczej jest nieodpowiednia, podczas montażu SMD komponenty mogą się przesuwać. Jak widać na obrazie poniżej cień wyprowadzeń układu scalonego i pól lutowniczych nie pasują do siebie, więc możemy stwierdzić przesunięcie elementów.
Słaba jakość połączenia lutowanego może być oceniona m.in na podstawie korelacji plam reprezentujących spoiwo, pole lutownicze etc. Na poniższym przykładzie widzimy efekty oksydacji pól lutowniczych na PCB. Spowodowało to redukcję zwilżalności pola lutowniczego przez roztopione spoiwo. Przełożyło się to na nienaturalne zwiększenie się plamy spoiwa widocznej na prześwietleniu.
Z kolei nienaturalnie mała ilość spoiwa widoczna na poniższym zdjęciu, wskazuje, że albo na PCB nałożone zostało zbyt mało pasty lutowniczej w danym miejscu albo nałożona pasta, podczas pobytu płytki w piecu uciekła np. poprzez znajdujący się w pobliżu otwór w PCB.
Zimne luty powodowane są przez niekompletne stopienie pasty nałożonej na dane pole lutownicze. Wynika to ze zbyt niskiej temperatury lutowania lub za krótkiego pobytu w piecu lutowniczym. Nie jest łatwo znaleźć zimne luty, nawet w przypadku, gdy spoiny są widoczne, ale wykorzystanie promieni Roentgena do obrazowania PCB istotnie pomaga w ich namierzeniu.
Źródła:
https://www.eeweb.com/profile/karenzou/articles/x-ray-inspection-in-pcb-assembly-pcba
https://86pcb.com/x-ray-inspection-in-pcb-assembly-pcba/[/quote]
Lutowanie na PCB elementów w obudowach, takich jak BGA, w porównaniu z innymi komponentami, ma swoje wady, na przykład trudno ocenić jakość połączeń lutowanych pod pakietem na podstawie inspekcji wzrokowej, co oznacza, że konieczne jest zastosowanie innych technik. Sięga się jednak po tego rodzaju elementy z uwagi na fakt, że obudowy BGA oferują większą liczbę pinów, mniejszą indukcyjność i pojemność między pinami oraz lepszą wydajność chłodzenia.
Aby zapewnić odpowiednio wysoką jakość lutowania, coraz więcej producentów wybiera promieniowanie rentgenowskie, aby sprawdzać elementy, które ukryły złącza lutowane - tak jak wspominane obudowy BGA. Promieniowanie rentgenowskie jest szeroko stosowane do sprawdzania elementów, które ukryte są pod powierzchnią. We współczesnym świecie promieniowanie rentgenowskie jest dobrze znane w medycynie, ale oprócz medycyny jest również szeroko stosowane przez inne gałęzie przemysłu, takie jak kontrola bezpieczeństwa, kontrola żywności, testowanie urządzeń elektronicznych i tak dalej. Poniżej opiszemy, czemu i jak stosuje się promienie Roentgena w elektronice do badania jakości montażu elementów SMD, szczególnie układów BGA.
Co to jest prześwietlenie promieniami Roentgena?
Inspekcja rentgenowska to zazwyczaj zautomatyzowana inspekcja rentgenowska (AXI). Wykorzystuje ona rodzaj krótkiej długości fali elektromagnetycznej; długość fali promieniowania rentgenowskiego jest o wiele mniejsza niż długość fali światła widzialnego (około 0,001 ~ 10 nanometrów). Energia takiego fotonu jest dziesiątki do setek, a nawet tysięcy razy większa niż energia fotonów światła widzialnego.
Promieniowanie to zostało odkryte przez niemieckiego fizyka - Wilhelma Konrada Roentgena w 1895 roku, dlatego nazywa się je promieniowaniem Roentgena. Promieniowanie rentgenowskie jest wysoce penetrujące, może przenikać wiele substancji nieprzezroczystych dla światła widzialnego. Dlatego też wykorzystuje się je w przemyśle produkcyjnym PCBA do badania gotowych modułów. Dzięki wysokiej penetracji tego promieniowania, idealnie nadaje się ono do inspekcji połączeń lutowanych, znajdujących się w niedostępnych miejscach, takich jak np. pod układem w obudowie BGA.
Dlaczego potrzebna jest kontrola rentgenowska w PCBA?
W ostatnich latach komponenty w obudowach BGA, QFN, CSP mają coraz szersze zastosowanie. Tak jak pisaliśmy powyżej, oprócz oczywistych zalet, obudowy te stanową też spore wyzwanie technologiczne dla lutowania oraz inspekcji gotowych moduów.
Sprzęt rentgenowski wykorzystuje silną przenikalność promieniowania rentgenowskiego do obrazowania wewnętrznych elementów PCB. Lampa rentgenowska emituje promieniowanie, które może skutecznie penetrować badane obiekty. Klisza lub inny detektor znajduje się po drugiej stronie prześwietlanej płytki. Zaciemnienie na obrazie jest zróżnicowane i wynika z różnej gęstości i grubości warstw, przez które przechodzi promieniowanie z lampy. Pozwala to zarówno na inspekcję wewnętrznych warstw PCB, jak i połączeń lutowanych pod układami BGA czy QFP. Aby zapewnić wysoką jakość lutowania, coraz więcej producentów wybiera promieniowanie rentgenowskie, aby sprawdzić spoiny, które ukryły elementy.
Jak przeprowadzić kontrolę rentgenowską?
Zautomatyzowana lampa transmisyjna emituje promienie rentgenowskie przechodzące przez badaną płytkę. Detektor znajduje się po drugiej stronie maszyny; zmienia on promieniowanie rentgenowskie na widzialny obraz jak ze zwykłej kamery. Materiał płytki pochłania promieniowanie rentgenowskie w różnym stopniu zależnie od swojej gęstości i ciężaru atomowego pierwiastków składowych. Im większa gęstość, tym silniejsza absorpcja promieniowania rentgenowskiego, więc obraz będzie bardziej zaciemniony.
Jakie wady może wykryć promieniowanie rentgenowskie?
Rentgen może wykryć wewnętrzne błędy lutowania komponentów. Wykorzystuje się zdolność przenikania promieniowania rentgenowskiego do wykrywania słabego lutowanego - zbyt krótkiego lub w za niskiej temperaturze, a także inne problemy z połączeniami lutowanymi.
Gdy występują defekty, takie jak porowatość czy niepełne lutowanie, w obszarze defektu powstanie jasna plama lub jasna linia. Wizualnie można ocenić, czy obszar jest wadliwy na podstawie tego, czy jest jaśniejszy niż otaczający obszar tła na obrazie. Algorytmy przetwarzania obrazu mogą automatycznie ocenić, czy obszar jest defektem na podstawie wartości szarości pikseli na zebranym obrazie.
Najbardziej prawdopodobne przyczyny powstawania pustek to pasta lutownicza niskiej jakości i utleniony lub zawilgocony komponent. Na zdjęciach rentgenowskich w złączu lutowniczym można zobaczyć "bąbelki", jak widać na zdjęciu poniżej.
Jeśli pomiędzy polami lutowniczymi wiać szare mostki, to od razu można orzec, że mamy tutaj do czynienia ze zwarciem.
Jeśli ilość pasty lutowniczej jest nieodpowiednia, podczas montażu SMD komponenty mogą się przesuwać. Jak widać na obrazie poniżej cień wyprowadzeń układu scalonego i pól lutowniczych nie pasują do siebie, więc możemy stwierdzić przesunięcie elementów.
Słaba jakość połączenia lutowanego może być oceniona m.in na podstawie korelacji plam reprezentujących spoiwo, pole lutownicze etc. Na poniższym przykładzie widzimy efekty oksydacji pól lutowniczych na PCB. Spowodowało to redukcję zwilżalności pola lutowniczego przez roztopione spoiwo. Przełożyło się to na nienaturalne zwiększenie się plamy spoiwa widocznej na prześwietleniu.
Z kolei nienaturalnie mała ilość spoiwa widoczna na poniższym zdjęciu, wskazuje, że albo na PCB nałożone zostało zbyt mało pasty lutowniczej w danym miejscu albo nałożona pasta, podczas pobytu płytki w piecu uciekła np. poprzez znajdujący się w pobliżu otwór w PCB.
Zimne luty powodowane są przez niekompletne stopienie pasty nałożonej na dane pole lutownicze. Wynika to ze zbyt niskiej temperatury lutowania lub za krótkiego pobytu w piecu lutowniczym. Nie jest łatwo znaleźć zimne luty, nawet w przypadku, gdy spoiny są widoczne, ale wykorzystanie promieni Roentgena do obrazowania PCB istotnie pomaga w ich namierzeniu.
Źródła:
https://www.eeweb.com/profile/karenzou/articles/x-ray-inspection-in-pcb-assembly-pcba
https://86pcb.com/x-ray-inspection-in-pcb-assembly-pcba/[/quote]
Fajne? Ranking DIY
