Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Jak projektować płytki drukowane PCB - część 18 - inspekcja rentgenowska PCB

ghost666 21 Wrz 2020 16:39 1338 2
  • Jak projektować płytki drukowane PCB - część 18 - inspekcja rentgenowska PCB
    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.

    Jak projektować płytki drukowane PCB - część 18 - inspekcja rentgenowska PCB


    Jeśli pomiędzy polami lutowniczymi wiać szare mostki, to od razu można orzec, że mamy tutaj do czynienia ze zwarciem.

    Jak projektować płytki drukowane PCB - część 18 - inspekcja rentgenowska PCB


    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.

    Jak projektować płytki drukowane PCB - część 18 - inspekcja rentgenowska PCB


    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.

    Jak projektować płytki drukowane PCB - część 18 - inspekcja rentgenowska PCB


    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.

    Jak projektować płytki drukowane PCB - część 18 - inspekcja rentgenowska 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.

    Jak projektować płytki drukowane PCB - część 18 - inspekcja rentgenowska PCB


    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
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 10015 postów o ocenie 8276, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • TermopastyTermopasty
  • #3
    Baskhaal
    Poziom 14  
    Moje doświadczenie pokazało, że przy dopieszczonym procesie oraz z SPI (Solder Paste Inspection) po sitodrukarce odrzut na X-ray (sprawdzane tylko BGA) był na poziomie 5 PPM, dosłownie, po pewnym czasie przeszliśmy na próbkowanie partii.

    Co do 'void' , ubytków w strukturze wewnętrznej kulek pod BGA/uBGA dopuszczalne jest aż 25% objętości kulki, a co ciekawe pewne badania i doświadczenie członków jednego z komitetów IPC wykazały, że obecność tychże 'pustek' wewnątrz kulki zwiększa jej wytrzymałość mechaniczną.