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为什么X射线检查技术在PCB组装中如此重要?

X射线检查技术,通常称为自动X射线检查(AXI),是一种用于检查以X射线为源的目标对象或产品的隐藏特征的技术。如今,X射线检查已广泛用于医疗,工业控制和航空航天等许多应用中。对于PCB检查,X射线在PCB组装过程中被大量使用,以测试PCB的质量,这是注重质量的PCB制造商最重要的步骤之一。

没有人能盲目爱上任何东西。因此,本文将告诉您X射线检查技术为何在PCB组装中如此重要。

技术发展推动X射线向前发展

近年来,包括BGA和QFN,倒装芯片和CSP的区域阵列封装被广泛用于各个领域,例如工业控制,通信,军事,航空航天等,使焊点隐藏在封装之下。这一事实使传统的检查设备无法在PCB检查中完美发挥其作用。另外,由于表面贴装技术(SMT)的出现这就使得封装和引线都变得更小,传统的检查方法(包括光学,超声波和热成像)是不够的,因为PCB的密度更高,且其焊点隐藏且孔被掩埋或隐藏。此外,随着半导体组件封装的日益小型化,在考虑X射线检测系统的同时,当前和未来组件小型化的趋势不可忽视。与其他检查方法相比,X射线能够穿透内部包装并检查焊点质量。这就是为什么它被捡起。

X射线检查原理

X射线具有一个独特的优势,即材料吸收与其原子量成正比的X射线,并且所有材料根据其密度,原子序数和厚度来吸收X射线的方式也不同。一般而言,由较重元素制成的材料吸收更多的X射线并易于成像,而由较轻元素制成的材料对X射线更透明。因此,普通的X射线检查图像如图1所示。

PCB组装的X射线检查| 手推车

从该图可以看出,深黑色图像是指由重元素组成的材料,而透明或相对白色的图像是指由轻元素组成的材料。因此,X射线检查擅长检查隐藏的缺陷,包括开路,短路,未对准,电气元件缺失等。

所有的X射线检查装置由以下三个元素组成:
一个。X射线管。它能够产生X射线。
b。样本操作平台。它能够随样品一起移动,以使从不同角度检查的样品和放大倍数得以调整。并且也可以进行斜角检查。
C。检测器。它能够捕获穿过样本的X射线并将其转换为用户可以理解的图像。

所有X射线检查设备的检查原理都是X射线投影显微镜。该过程开始于X射线发射管穿过被检查的PCB产生X射线。由于不同的材料基于材料和原子序数的差异而具有不同的X射线吸收率。在检测器上产生投影,并且密度越高,阴影将越深。阴影将在很大程度上靠近X射线管,反之亦然。

因此,理想的X射线检查系统必须具有清晰的X射线图像,以便在缺陷分析过程中提供信息。为此,X射线检查系统必须具有足够的放大倍数才能满足当前和将来的需求。此外,对于BGA和CSP的分析,必须提供倾斜角度检查功能。因为没有它,只能从右上方检查焊球,这样就失去了有关焊球尺寸和厚度的更详细的分析信息。

X射线检查装置的分类

BGA和CSP的X射线检查系统主要分为两类:2D(二维)系统和3D(三维)系统。所有设备都可以离线操作,并且可以进行面板检查和抽样检查。离线设备使您可以方便地在装配线的任何阶段检查PCB,并且很容易再次回到装配线。一些X射线设备是在线使用的,因此大多数这些X射线设备都放在回流炉之后。使用在线还是离线设备取决于应用程序和检查量。一般而言,基于额外的成本和安全性因素,在线设备适用于数量众多,复杂且类型更改很少的应用。但是,在线X射线检查系统基本上是装配线中最慢的部分,使生产线的容量变低。因此,即使在具有高容量的应用中,也可以考虑使用离线设备进行面板检查。

2D X射线系统能够同时显示来自PCB两侧的所有组件的2D图像,就像用于检查骨折状况的医学应用一样。3D X射线系统能够像医疗应用CT一样通过重建一系列2D图像来生成横截面图像。3D系统除了进行横截面检查外,还有另一种方法,即Laminography。通过组合横截面的图像并从其他横截面中消除图像以重建特定横截面的图像来执行检查过程。2D系统可以在线或离线运行。X射线层照相术也可以。但是,在线方法通常会花费更多时间。具有CT功能的X射线检查系统是离线完成的,因为需要许多2D图像和复杂的算法,因此需要花费几分钟的时间。因此,CT型X射线检查系统仅用于不太重要的专业研究分析应用程序。必须以最少的时间和最佳的图像来指导其他2D和3D系统,以减少检查成本。

X射线管是X射线检查装置的心脏

对于各种X射线检查设备,X射线管是最重要的部分。如今,X射线管可分为两类:开放式管和封闭式管。两种类型的灯管之间的功能比较如表1所示。

特征 开管 封闭管
最小 解析度 ≤1微米 ≥μm
最大限度。管电压 ≥160KV 100KV
放大 高的 低的
灯丝寿命 300-800小时 约10,000小时
系统维护费用 细丝/设备维护;需要专业真空泵来抽真空。 不需要

选择X射线管的类型时,必须考虑一些因素:

a。X射线管类型:开管或闭管。这种类型与检查设备的分辨率和寿命相关。分辨率越高,用户看到的细节就越复杂。如果检查的目标是大规模的,那么当您选择分辨率相对较低的设备时,这将无关紧要。但是,就BGA和CSP而言,要求的分辨率为2μm或更小。

b。目标类型:穿透式或反射式。目标类型在影响样品与X射线管焦点之间的距离方面起着一定的作用,最终将影响检查设备的放大倍数。

C。X射线电压和功率。X射线管的穿透能力与电压成正比。当电压较大时,可以检查密度和厚度较高的物体。当检查的目标是单面板时,可以选择低电压的设备。但是,在检查对象为多层基板的情况下,需要高电压。对于特定电压,图像清晰度与X射线管功率成正比。

总而言之,X射线检查技术为SMT检查方法带来了新的改革,可以认为它是PCBA制造商进一步提高制造工艺和产品质量的最佳选择。

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