Устройства, использующие рентгеновские лучи для проверки электроники, появились на рынке ещё в 1980 году, потому что только этот метод позволял контролировать качество пайки корпусов BGA элементов. С тех пор рентгеновские аппараты много раз усовершенствовались, с целью сделать их более доступными и способными выступать в качестве базового устройства для контроля современной электроники, но принцип работы и методика тестирования оставались неизменными. Точкой прорыва в отношении качества получаемого изображения стало внедрение плоскопанельных детекторов, которые почти сразу вытеснили аналоговые датчики.

Проблемы современных рентген-аппаратов

Рынок рассматриваемых устройств застопорился, когда были внесены правовые изменения, вынудившие исключить вредный свинец из припоев. Но его замена другими сплавами требует более высокой температуры процесса для обеспечения надлежащего результата, а чипы BGA из-за своей конструкции требуют более высокой температуры и более длительного времени обработки, чем другие компоненты. Производители изначально недооценивали такие тонкости, и в результате многие BGA-системы выходили из зоны плавления печи с неполным переплавом пасты, из-за чего возникали ошибки, называемые «подушками» и холодными припоями.

Бессвинцовые припои также способствовали возникновению еще одного серьезного технологического дефекта – пустот припоя. Для повышения паяемости бессвинцовой пасты в нее добавляют флюс, который испаряется до того, как паста как следует расплавится. В результате испарения внутри могут появиться пустоты. Они чаще всего появляются на границе раздела BGA чипа с печатной платой, что ухудшает механические свойства соединения и увеличивает вероятность его растрескивания при резких перепадах температур, которые могут возникнуть при работе в тяжелых условиях и при транспортировке. Конечно это не единственная причина образования пустот, еще одной является также попадание влаги в элементы уже на уровне хранения BGA-элементов.

Рентген контроль нового поколения

Чтобы удовлетворить все требования современного производства электроники, современные рентгеновские аппараты должны иметь следующие характеристики:

• высокое разрешение, минимум 5 мкм,
• высокая скорость проверки,
• автоматическое обнаружение дефектов BGA,
• автоматический расчет размера пустот припоя,
• большой наклон детектора для лучшей проверки BGA и THT.

Искусственный интеллект в инспекции

Новое поколение рентгеновских аппаратов включает ПО, поддерживающее программирование с помощью искусственного интеллекта. Хотя 2D-рентгеновская проверка BGA выполняется быстро и эффективно, она может вызвать проблемы у пользователей из-за наличия пассивных компонентов на другой стороне платы. В этой ситуации, на картинке такие компоненты могут быть ошибочно восприняты как короткое замыкание между BGA-шариками. В новейшем устройстве Scienscope X-Scope 3000 в оценке помогает искусственный интеллект, так как он может узнавать расположение дополнительных элементов на печатной плате и учитывать их наличие при анализе замыканий между выводами.

Согласно стандарту IPC-610, все паяные переходные отверстия должны быть заполнены на 75 % для класса III и на 50 % для класса II. Для автоматизированных систем рентгеновского контроля эти правила применяются только к проценту заполнения, определяемому как высота припоя по отношению к толщине платы. Измерение обычно выполняется путем определения первого слоя (высоты), где происходит пайка, и последнего слоя, где идёт пайка. Однако при осмотре также следует учитывать наличие пустот припоя в переходных отверстиях, которые снижают процент заполнения. Таким образом, заполнение 75 %, содержащее 20 % пустот припоя, не соответствует требованиям III класса, хотя изначально могло так показаться. Новое программное обеспечение учитывает все эти моменты.

Стабильное изображение под углом

От программного обеспечения для рентгенографии требуется, чтоб при вращении и наклоне детектора не было смещения изображения. Усовершенствованное программное обеспечение должно пересчитывать параметры изображения, положение лампы и детектора, а также толщину платы в режиме реального времени. В результате он должен компенсировать изменения параметров минимальными перемещениями компонентов без вмешательства пользователя, чтобы все время был видел один и тот же диапазон.

Отчетность и чтение кодов 1D/2D

Помимо контроля, устройства должны обеспечивать хранение результатов в течение всего срока службы изделия. Каждый отчет о проверке должен быть соотнесен со штрих-кодом на плате. Аппарат X-Scope 3000 оснащен двумя 40-ка мегапиксельными камерами внутри, которые предназначены для декодирования кода и сохранения под ним результатов. Все делается без поддержки оператора, поэтому устойчиво к человеческим ошибкам.

Полная встроенная рентгеновская инспекция становится все более популярным выбором в наши дни. Вершиной возможностей этого типа устройств является осмотр с помощью компьютерной томографии, которая сканирует интересующую область и отображает ее в виде облака точек, готового к полноценному пространственному осмотру. Эта форма проверки позволяет четко разделить отдельные слои печатной платы. Недостатком такого решения является стоимость покупки и время на выполнение теста. Правда что большинство возможных дефектов не требуют такого сложного решения.

В случае двухсторонней сборки печатной платы, сборка выполняется в два этапа – первоначально припаивается сторона А, а затем пропускают изделие через всю линию еще раз для сборки стороны В. Опция, доступная на современном рентгеновском аппарате, сохраняет изображение заданной области стороны А, а затем при осмотре стороны В применяет ранее полученную маску. В результате пользователь и программа анализируют изображение только стороны B.

Таким образом, вслед за усложнением конструкции современных печатных плат и радиодеталей, появились и приборы (к сожалению не доступные простому домашнему радиолюбителю), способные быстро проводить её осмотр и анализ.