4.3. Методы автоматической рентгеновской инспекции (AXI)

Автоматизированная рентгеновская инспекция (AXI) — это ценный метод неразрушающего контроля, использующий рентгеновское излучение для проникновения в компоненты и печатную плату. Он обеспечивает четкую визуализацию внутренних структур и скрытых соединений. AXI, как правило, применяется для изделий с компонентами в корпусах BGA, QFN или других корпусах для поверхностного монтажа, где соединения невозможно проверить стандартной оптической инспекцией. Хотя системы AXI требуют значительных капитальных вложений, эти затраты часто оправданы необходимостью обеспечения механической целостности и надежности электрических соединений в критически важном оборудовании.

AXI и автоматическая оптическая инспекция (AOI): Сравнение и область применения

AXI является методом контроля качества пайки и внутренней структуры. Он дополняет AOI, фокусируясь на критических дефектах под корпусами компонентов, где оптический доступ невозможен.

Критерий	Автоматическая оптическая инспекция (AOI)	Автоматизированная рентгеновская инспекция (AXI)
Среда инспекции	Видимый свет и HD-камеры.	Рентгеновские лучи (проникают в плотные материалы).
Обнаруживаемые дефекты	Отсутствующие компоненты, полярность, перекос, поверхностные мостики.	Пустоты, скрытые мостики, эффект головы в подушке (HIP), внутренние разрывы паяных соединений.
Область контроля	Только поверхностные соединения. Неэффективна для компонентов с площадным монтажом.	Скрытые соединения. Обеспечивает практически 100% контроль качества пайки.
Быстродействие / Затраты	Высокая скорость (10–20 секунд/плата). Более низкие капитальные затраты.	Меньшая скорость (30–60 секунд/плата). Более высокие капитальные и операционные расходы.

Технологии AXI: Сравнение 2D и 3D (томографии)

Системы AXI основаны на простом принципе: плотные материалы, такие как паяльные сплавы, поглощают значительно больше рентгеновской энергии, чем легкие материалы, такие как стекловолокно, кремний или воздух. Это дифференциальное поглощение создает контрастное изображение с градациями серого, которое подвергается анализу.

Ограничения 2D AXI

Стандартная 2D-система AXI предоставляет одно проекционное изображение сверху вниз. Хотя оно полезно для проверки базового наличия компонентов или значительных пустот на простых платах, основное ограничение заключается в наложении изображений. На двухсторонних платах паяные соединения с верхней стороны затеняют и мешают визуализации соединений с нижней стороны. Это наложение значительно усложняет точный количественный анализ внутренних соединений.

3D-томография (CT)

Томография (Computer Tomography, CT) — это инженерное решение, разработанное для устранения эффекта наложения изображений. Это ключевая технология, лежащая в основе современных систем 3D AXI.

Принцип работы: Рентгеновский источник и цифровой детектор движутся по синхронизированным, противоположным круговым траекториям относительно неподвижной печатной платы, захватывая сотни изображений. Затем специализированное программное обеспечение использует математическую реконструкцию для создания виртуальных сечений или “слоев” физической структуры платы.
Функциональность: Томография позволяет инспектору цифровым образом сфокусироваться на конкретном микрослое — например, точно на плоскости паяного соединения со стороны компонента — при этом математически устраняя информацию из перекрывающихся элементов с противоположной стороны.
Применение: Эта технология необходима для надежного контроля двухсторонних BGA и сборок типа Package-on-Package (PoP). Она предоставляет четкие количественные измерения, требуемые для достоверного обнаружения дефектов, таких как микропустоты и скрытые дефекты пайки.

Обнаружение дефектов и управление процессом

AXI служит не только как фильтр в конце производственной линии для выявления дефектных плат. Данные AXI должны активно использоваться для оптимизации предшествующих технологических процессов.

Критические скрытые дефекты

Дефект	Механизм образования и расположение	Влияние на надежность	Рекомендации по контролю
Пустоты	Газ (обычно летучие компоненты флюса), застревающий в затвердевшем соединении, видимый как яркие области внутри темной массы припоя.	Снижает теплопроводность и механическую прочность при вибрационных нагрузках.	Стандартный отраслевой предел — ≤ 25% от общей площади соединения. Для высоконадежных применений (теплоотвод) может требоваться предел ≤ 15%.
Эффект головы в подушке (HIP)	Шарик припоя BGA и нанесенная паяльная паста не полностью расплющиваются и не сплавляются в единое металлургическое соединение. Для четкого обнаружения требуется просмотр под углом или 3D-томография.	Латентный дефект, который может пройти электрическое тестирование, но способен привести к случайным отказам в полевых условиях.	AXI должен быть запрограммирован для проверки полного расплющивания и сплавления шариков.
Скрытые мостики	Непреднамеренное соединение припоем между соседними контактными площадками под корпусом компонента.	Жесткое короткое замыкание, полностью невидимое для AOI.	AXI должен количественно подтверждать наличие зазора между соседними шариками или площадками.

Система обратной связи для управления процессом

AXI предоставляет критически важные данные для обратной связи, особенно для настройки профиля пайки оплавлением.

Чрезмерные пустоты: Указывают на захваченный газ. Часто требуется корректировка профиля пайки оплавлением — обычно увеличение времени выдержки или предварительного нагрева для обеспечения выхода летучих веществ флюса — или переход на пайку в азотной атмосфере.
Неравномерное расплющивание соединений (риск HIP): Указывает на неравномерный нагрев или недостаточный общий нагрев. Следует рассмотреть постепенную корректировку времени выше температуры жидкотекучести (TAL) или небольшое увеличение пиковой температуры для конкретной температурной зоны печи.

Резюме: AXI для скрытых соединений

Параметр / Дефект	Критерий / Требование	Значение / Допуск
Область применения	Критические компоненты	BGA, QFN, PoP, двухсторонний монтаж
Технология контроля	Для скрытых соединений	3D томография (CT)
Ключевые дефекты	Пустоты в паяном соединении	≤ 25% площади соединения (стандарт)
Ключевые дефекты	Эффект головы в подушке (HIP)	Обнаружение и отбраковка
Стратегия	Выборочный контроль	Только для компонентов высокого риска