在SMT行業,自動光學檢查(AOI)是一種成熟的檢查工藝,已成為工藝控制中的關鍵,極大的提高了制造商對成品質量的信心。但是,如果你無法通過光學方法看到焊點的連接情況,你會怎么處理這些器件呢?答案是用X光檢查它們。
作為一種工藝控制辦法,使用X光可以消除生產的組件由于“隱蔽連接”器件錯位導致不可修復的風險,或者造成組件維修成本過高的風險。返工一個錯位的器件可能要耗費大量的時間,并且可能會在組件上引起其他問題,例如,由于局部發熱而導致PCB上的周圍元件出現問題。返工雙面組件,有可能還會超過它的焊錫回流循環所允許的最大次數。在工藝過程中發現故障都是滯后的,例如,在邊界掃描(JTAG)或功能測試中發現故障,會在診斷和二次測試上造成額外的時間損失和成本。
那么,你應該在什么時候使用X光呢?它當然是“第一道”檢查工藝中的一部分,這有助于確保回流爐的溫度曲線符合無鉛器件最理想的溫度要求。然后,在組裝件進入生產階段,抽樣檢查組件也許更合理;通常的做法是,在批次的開始、中間和結束時進行抽樣X光檢查。另一種做法是,可以使用“在線”X光檢查工藝,不過,值得注意的是,X光檢查的速度比較慢,即使是自動化X光檢查也一樣。在實際生產中,貼裝無鉛器件,尤其是BGA,相當簡單,在正常情況下問題很少,所以是否需要使用X光檢查應審慎考慮。
X光檢查還有助于減少生產線最后階段的人工檢查。使用AOI,或者使用其他BGA檢查方法——例如可能已使用的Ersascope檢查方法,無法完全覆蓋細間距器件(這取決于你擁有的檢查系統的類型)。
X光檢查的另一個非常顯著的好處是解決了各種質量方面的問題。可以用X光進行檢查的地方就沒有必要進行有潛在破壞性的返工或者微切割,這些做法會增加成本,當然,這也會導致接受檢查的組件報廢。微切割還需要對可能出現問題的地方進行一些合理的猜測。
用X光進行檢查能提前發現問題,減少返工成本。
你是否經常聽到有人說,“它無法通過測試,它無法正常工作,但我又看不出問題出在哪里,所以說,這一定是BGA的問題”?增強X光能夠提供分層成像,或者全三維檢查能力可以使檢查人員觀察整個組件,有助于發現缺陷,例如,PCB中破損的走線或孔,以及無引線元件的任何問題。
除了印刷電路板組件(PCBA)之外, 在需要看到制造部件的內部細節時,X光可以對其他的制造部件進行無損檢查,例如電纜組件或機器加工部件。它還可以提供一定程度的測量能力。
在這個示例中,用綠色突出顯示焊錫中的空洞。
因此,現在具備X光檢查能力的設備是現代化電子產品組裝生產線上必不可少的一部分。但是,如果你現在已經決定要擁有一臺自己的X光設備,或者你的電子產品制造服務(EMS)合作伙伴打算投資你的業務,你該如何選擇合適的X光系統呢?
關鍵問題
市場上的供應商和系統有很多,和所有作為固定資本的設備的評估是一樣的,最好是在開始尋找你需要的設備時,你心里就有一個清單。我們假定,價格與回報是公式的一部分,當然,要購買的系統必須足夠大,能夠容納你要檢查的所有項目。至少需要考慮以下四個方面的問題:
1、圖像的質量
如果你想買一架照相機,那么,一臺像素更高的照相機——比如說,24MP的照相機會比16MP的畫質更好嗎?如果你對攝影略知一二,就知道這個看法把事情過于簡單化了(如果這不算是純粹的廢話),如果有什么不一樣,那就是X光看起來似乎更復雜。
這里涉及到物理學和非常靈活的軟件。可能影響圖像質量的因素包括功率、電壓、光斑尺寸、探測器的分辨率、X光光源和被檢查物體的距離和視場。以電壓為例,電壓為160kV系統的X光的穿透能力比130kV的系統的更強,但是,增加電壓可能對圖像的對比度產生不利影響,從而影響圖像的質量。你會怎樣決定呢?最實用的方案是使用一些典型的樣本組件,并嘗試用X光系統檢查它們。圖像質量可能是一個具有主觀性的評價。
最重要的消息是,你可能會發現,各種X光系統都提供針對PCB組件的圖像,圖像的質量都處在非常好到極好的范圍內。這可以讓你更多地考慮如何設置你的檢查,而不是考慮系統部件的技術能力。
2、維度是多少
字母D表示維度。X光系統有三類:
二維系統,只提供從上向下的正向視圖;
2.5維系統,可以提供從上向下和傾斜或有角度的視圖;
三維系統,對組件進行三維成像重構。這使用的也許是X光層析技術、X光分層技術或(用于得到完整的三維效果的)計算技術,或者使用計算機斷層掃描技術(CT)。
當然,你要看的東西越多,檢查速度就越慢。例如,完成復雜的CT掃描需要幾個小時。如果檢查的目標只是察看在BGA下缺失的焊錫球,或者是焊錫球之間的短路,那么二維系統就完全夠用。但是,如果在關注的區域有模糊的元件,傾斜的X光可以幫助得到更好的圖像。三維系統可能用于詳細的質量調查。
3、易用性
有些系統可以完成一定程度上的自動化檢查,例如,可以對合格或不合格標準的檢查順序進行編程。這當然會使可重復的檢查和操作變得非常容易,并在必要時可進行在線檢查工藝。不過,或者讓設置系統進行特別的檢查,需要一些技巧。
雖然現代化X光系統簡單易用,但檢查人員必須確實了解所有設置的作用,(例如,我們在前面提到的電壓和對比度設置),并且能夠解釋他們看到的東西,這也需要對PCB組件有一定的了解。可能利用一些特征來解釋圖像會稍微容易些,例如,通過用顏色來解釋圖像。
4、維護
需要記住的是,在使用X光設備之前,必須明確告知使用設備的健康與安全規則(HSE)。可能還會有一些關于使用的規則或程序,以及聘請輻射保護監理人員和咨詢顧問的強制要求。設備供應商應當能夠提供好的建議——要求他們每年對系統進行至少一次健康檢查。
此外,值得一提的是,各種X光管的類型不一樣。“開口管”類型的X光管相對來說速度比較快,替換它也比較便宜——可能就幾英磅,更換時間也只要幾個小時,但一只X光管的使用壽命只有200-300小時,然后就需要更換。“封閉管”類型的X光管可以持續使用許多年,但價格要貴得多,可能達到幾千英鎊。因此,最好的選擇可能取決于你將使用價格多高的系統。
X光探測器往往是標準的平板或高清晰度的平板。X光會導致這些平板隨著時間的推移而褪化,通常在10年后清晰度就會下降20%。盡管仍然可以使用,但在使用8到12年后就可以考慮更換X光探測器。
還有一件很重要的事情是找出X光系統中常見的故障模式,因為盡管部件看起來都很相似,但它們可以以不同的方式組裝。例如:電源、連接器或電纜都可能需要及時更換。
在你有意投資X光檢查設備時,希望這篇文章能有助于你了解一些必須關注的方面。