如何选择X-RAY射线检查设备

在电子产品制造领域,印刷电路板(PCB)组装件正朝着尺寸更小、密度更高的的趋势发展。这一趋势并不一定是因为 PCB组件小型化的要求,而是由于新的设计使用更多的球栅阵列(BGA)和其他类型的带有隐蔽焊接的器件,比如四方扁平无引线器件(QFN)和平面网格阵列器件(LGA)。这类器件在性能和成本上通常要比尺寸比它们大的有引线封装 更有优势,因此很可能会沿着这一趋势继续发展。

在SMT行业,自动光学检查(AOI)是一种成熟的检查工艺,已成为工艺控制中的关键,极大的提高了制造商对成品质 量的信心。但是,如果你无法通过光学方法看到焊点的连接情况,你会怎么处理这些器件呢?答案是用X-RAY射线检查它们。 作为一种工艺控制办法,使用X光可以消除生产的组件由于“隐蔽连接”器件错位导致不可修复的风险,或者造成组件维修 成本过高的风险。返工一个错位的器件可能要耗费大量的时间,并且可能会在组件上引起其他问题,例如,由于局部发 热而导致PCB上的周围元件出现问题。。返工双面组件,有可能还会超过它的焊锡回流循环所允许的最大次数。在工艺 过程中发现故障都是滞后的,例如,在边界扫描(JTAG)或功能测试中发现故障,会在诊断和二次测试上造成额外的 时间损失和成本。 那么,你应该在什么时候使用X光呢?它当然是“第一道”检查工艺中的一部分,这有助于确保回流炉的温度曲线符合无铅 器件最理想的温度要求。然后,在组装件进入生产阶段,抽样检查组件也许更合理;通常的做法是,在批次的开始、中 间和结束时进行抽样X光检查。另一种做法是,可以使用“在线”X光检查工艺,不过,值得注意的是,X光检查的速度比 较慢,即使是自动化X光检查也一样。在实际生产中,贴装无铅器件,尤其是BGA,相当简单,在正常情况下问题很 少,所以是否需要使用X光检查应审慎考虑。 X光检查还有助于减少生产线最后阶段的人工检查。使用AOI,或者使用其他BGA检查方法——例如可能已使用的 Ersascope检查方法,无法完全覆盖细间距器件(这取决于你拥有的检查系统的类型)。 X光检查的另一个非常显著的好处是解决了各种质量方面的问题。可以用X光进行检查的地方就没有必要进行有潜在破坏 性的返工或者微切割,这些做法会增加成本,当然,这也会导致接受检查的组件报废。微切割还需要对可能出现问题的 地方进行一些合理的猜测。 你是否经常听到有人说,“它无法通过测试,它无法正常工作,但我又看不出问题出在哪里,所以说,这一定是BGA的问 题”?增强X光能够提供分层成像,或者全三维检查能力可以使检查人员观察整个组件,有助于发现缺陷,例如,PCB中 破损的走线或孔,以及无引线元件的任何问题。 除了印刷电路板组件(PCBA)之外, 在需要看到制造部件的内部细节时,X光可以对其他的制造部件进行无损检查,例 如电缆组件或机器加工部件。它还可以提供一定程度的测量能力。 因此,现在具备X光检查能力的设备是现代化电子产品组装生产线上必不可少的一部分。但是,如果你现在已经决定要 拥有一台自己的X光设备,或者你的电子产品制造服务(EMS)合作伙伴打算投资你的业务,你该如何选择合适的X光 系统呢?

至少需要考虑以下四个方面的问题:

1、图像的质量 如果你想买一架照相机,那么,一台像素更高的照相机——比如说,24MP的照相机会比16MP的画质更好吗?如果你对 摄影略知一二,就知道这个看法把事情过于简单化了(如果这不算是纯粹的废话),如果有什么不一样,那就是X光看 起来似乎更复杂。 这里涉及到物理学和非常灵活的软件。可能影响图像质量的因素包括功率、电压、光斑尺寸、探测器的分辨率、X光光 源和被检查物体的距离和视场。以电压为例,电压为160kV系统的X光的穿透能力比130kV的系统的更强,但是,增加电压可能对图像的对比度产生不利影响,从而影响图像的质量。你会怎样决定呢?最实用的方案是使用一些典型的样本组 件,并尝试用X光系统检查它们。图像质量可能是一个具有主观性的评价。 最重要的消息是,你可能会发现,各种X光系统都提供针对PCB组件的图像,图像的质量都处在非常好到极好的范围 内。这可以让你更多地考虑如何设置你的检查,而不是考虑系统部件的技术能力。

2、维度是多少? 字母D表示维度。X光系统有三类: 二维系统,只提供从上向下的正向视图; 2.5维系统,可以提供从上向下和倾斜或有角度的视图; 三维系统在线3D X-RAY,对组件进行三维成像重构。这使用的也许是X光层析技术、X光分层技术或(用于得到完整的三维效果的) 计算技术,或者使用计算机断层扫描技术(CT)。 当然,你要看的东西越多,检查速度就越慢。例如,完成复杂的CT扫描需要几个小时。如果检查的目标只是察看在BGA 下缺失的焊锡球,或者是焊锡球之间的短路,那么二维系统就完全够用。但是,如果在关注的区域有模糊的元件,倾斜 的X光可以帮助得到更好的图像。三维系统可能用于详细的质量调查。

3、易用性 有些系统可以完成一定程度上的自动化检查,例如,可以对合格或不合格标准的检查顺序进行编程。这当然会使可重复 的检查和操作变得非常容易,并在必要时可进行在线检查工艺。不过,或者让设置系统进行特别的检查,需要一些技 巧。 虽然现代化X光系统简单易用,但检查人员必须确实了解所有设置的作用,(例如,我们在前面提到的电压和对比度设 置),并且能够解释他们看到的东西,这也需要对PCB组件有一定的了解。可能利用一些特征来解释图像会稍微容易些, 例如,通过用颜色来解释图像。

4、维护 需要记住的是,在使用X光设备之前,必须明确告知使用设备的健康与安全规则(HSE)。可能还会有一些关于使用的 规则或程序,以及聘请辐射保护监理人员和咨询顾问的强制要求。设备供应商应当能够提供好的建议——要求他们每年 对系统进行至少一次健康检查。 此外,值得一提的是,各种X光管的类型不一样。“开口管”类型的X光管相对来说速度比较快,替换它也比较便宜——可 能就几英磅,更换时间也只要几个小时,但一只X光管的使用寿命只有200-300小时,然后就需要更换。“封闭管”类型的 X光管可以持续使用许多年,但价格要贵得多,可能达到几千英镑。因此,最好的选择可能取决于你将使用价格多高的 系统。 X光探测器往往是标准的平板或高清晰度的平板。X光会导致这些平板随着时间的推移而褪化,通常在10年后清晰度就会 下降20%。尽管仍然可以使用,但在使用8到12年后就可以考虑更换X光探测器。 还有一件很重要的事情是找出X光系统中常见的故障模式,因为尽管部件看起来都很相似,但它们可以以不同的方式组 装。例如:电源、连接器或电缆都可能需要及时更换。 在你有意投资X光检查设备时,希望这篇文章能有助于你了解一些必须关注的方面。



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