Рентгеновский контроль печатных узлов. Обзор технологии

Критерии приёмки в основном базируются на форме и размере паяных соединений. Возросшие в настоящее время требования к качеству выпускаемых изделий и процессу сборки печатных узлов с применением новых типов корпусов привели к появлению новых стандартов на паяные соединения, труднораспознаваемые визуально. Но они легко могут быть проверены при помощи микрофокусных и нанофокусных рентгеновских систем контроля.

Принцип работы

Образец облучается точечным источником рентгеновских лучей (фокальным пятном) и изображение проецируется на приемник (детектор). Геометрическое увеличение (M) равно отношению расстояния между фокальной точкой и приемником (детектором) (b) к расстоянию между фокальной точкой и образцом (g): M=b/g. Уменьшение фокального пятна приводит к увеличению разрешения.

В вакуумной трубке происходит эмиссия электронов из разогретой нити накала катода с последующей бомбардировкой анода. Магнитная линза фокусирует поток электронов на тонком слое вольфрама, напылённом на мишени. В слое вольфрама поток электронов резко замедляется, что приводит к образованию рентгеновского излучения. Фокальное пятно представляет собой очень малый по размеру источник излучения, что позволяет получить очень контрастное изображение с разрешением в микроны.

Методика выбора модели рентгеновского аппарата

В первую очередь, нужно чётко определить круг задач, которые будет решать оборудование. Это позволит понять, нужны ли на предприятии рентгеновский аппарат или томограф. Следует заметить, что рентгеновские томографы обычно существенно дороже рентгеновских аппаратов.

Специалисты Остека рекомендуют применение томографов для решения следующих задач:

• контроль качества изготовления изделий микроэлектроники;
• контроль качества изготовления литых деталей ответственного применения;
• контроль качества изготовления многослойных печатных плат;
• контроль качества изготовления многослойных печатных плат с расположенными внутри компонентами.

Для задач контроля паяных соединений, за редким исключением, достаточно обычного рентгеновского аппарата с возможностью инспекции печатного узла под углом. Негласным стандартом для современных рентгеновских аппаратов является способность проводить проверку паяного соединения под углом до 700. Как показывает практика, этого достаточно для контроля пайки компонентов с выводами под корпусом (BGA, QFN и др.).

Применение томографии в микроэлектронике также имеет свои особенности. Не всегда нужно покупать рентгеновский томограф, если размеры образцов невелики. Образцы размером 50 х 50 мм и меньше можно инспектировать обычным рентгеновским аппаратом, оснащённым функцией томографии.

Выбор рентгеновского аппарата необходимо проводить в соответствии со следующими этапами:

Определить весь круг задач для рентгеновского контроля. При этом нужно учесть, что при появлении рентгеновского аппарата на производстве круг задач для рентгеноскопии существенно расширяется. Даже если рентген приобретается для контроля качества паяных соединений, позже на рентгеновский контроль начинают поступать литые детали, изделия механообработки и т. д.

Определить потребность предприятия в томографии в соответствии с задачами. Если томография всё-таки нужна, требуется выяснить геометрические размеры наибольшего из образцов. После этого станет понятно, нужен ли предприятию рентгеновский томограф или можно будет приобрести обычный рентгеновский аппарат с опцией томографии. При этом необходимо сказать несколько слов о сферах применения томографии в современном производстве радиоэлектронной аппаратуры. Несколько лет назад наши специалисты рекомендовали применять томографию только в микроэлектронике. Однако в последние несколько лет в нашей стране появляются печатные платы с межслойным расположением компонентов. Инспектировать такую плату на обычном рентгеновском аппарате крайне сложно. Поэтому применение томографии оправдано для контроля подобных многослойных печатных плат.

Определить потребность в нанофокусном разрешении. Нанофокусное разрешение требуется для предприятий микроэлектроники. Для других применений разрешение менее 0,5 мкм, как правило, является избыточным.

Определить размеры и вес наибольшего из образцов, требующих рентгеновского контроля. В соответствии с этим выбрать рентгеновский аппарат с подходящими параметрами манипулятора.

Подобрать мощность рентгеновской трубки. Глубина проникновения излучения в образец зависит как от величины и материала образца, так и от мощности излучения. Поэтому при выборе рентгеновской трубки нужно руководствоваться опять же геометрическими размерами и материалом образцов. При этом нужно учесть, что рентгеновский аппарат инспектирует образец на просвет. Т.е. для получения изображения необходимо, чтобы излучение прошло через образец насквозь. В любом случае, более предпочтительным является выбор аппарата с мощной рентгеновской трубкой. В таком случае аппарат будет большую часть времени работать в ненагруженном режиме. Несомненно, это продлит время работы оборудования до проведения регламентных работ. Необходимо добавить, что управление напряжением и током трубки в современных рентгеновских аппаратах происходит программно. Поэтому компьютер не позволит установить на рентгеновском аппарате недопустимые значения мощности.

Подобрать тип детектора излучения. Детектор – это устройство, преобразующее энергию рентгеновского излучения в видимое изображение.

Сегодня на рынке предлагаются два вида детекторов – фотоэлектрические умножители (ФЭУ) и цифровые панельные детекторы.

Цифровые детекторы по сравнению с ФЭУ предлагают лучшую четкость и контрастность изображения, но необходимо помнить, что цифровой детектор не означает качественный по умолчанию. При оценке детектора необходимо обращать внимание на следующие параметры:

• тип преобразователя;
• быстродействие (кадров/с);
• динамический диапазон;
• чувствительная площадь;
• тип преобразователя;
• тип охлаждения;
• размер пикселя;
• эффективность.