eng
Выпуск #4/2020
Ф.Васильев, А.Домени
ОСОБЕННОСТИ РЕНТГЕНОВСКОГО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
ОСОБЕННОСТИ РЕНТГЕНОВСКОГО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Просмотры: 1559
DOI: 10.22184/1992-4178.2020.195.4.138.145
Особенности рентгеновского контроля дефектов электрических соединений печатных плат
Ф. Васильев, к. т.н., А. Домени
Для обеспечения работоспособности современного оборудования необходим эффективный контроль качества и надежности соединений печатных плат (ПП) – как после изготовления собственно платы, так и по окончании установки компонентов. Особенно он актуален для аппаратуры ответственного назначения, подвергающейся нагрузкам в процессе эксплуатации. В статье описаны особенности рентгеновского контроля соединений ПП на примере экспериментального выявления дефектов, оговоренных в нормативных документах. Результаты исследования применимы при сравнительном анализе видов контроля плат, например, при выборе оптимальной системы контроля для конкретного производства.
Технологическими предшественниками рентгеновского контроля являются визуальный и оптический контроль. Первый был наиболее распространенным видом контроля на заре развития производства ПП. Оператор производил осмотр платы, выявлял заметные невооруженным глазом дефекты и принимал решение об их пригодности к ремонту.
В рамках промышленного производства визуальный контроль достаточно быстро и повсеместно был замещен оптическим контролем. Принцип поиска дефектов остался прежним, однако осмотр невооруженным глазом сменился осмотром с помощью оптических установок, например электронных микроскопов. Применение технических средств существенно повысило эффективность метода в выявлении более мелких, незаметных человеческому глазу дефектов.
Следующим этапом развития стала автоматическая оптическая инспекция (АОИ). АОИ – это комбинация автоматизированного оптического устройства (микроскопа) и программного обеспечения на основе алгоритмов компьютерного зрения (computer vision, CV), способная производить осмотр ПП и выявление предварительно программно описанных дефектов без участия оператора. Несовершенство технологий распознавания дефектов не позволяет АОИ полностью заменить человеческий взгляд, однако по производительности и надежности она существенно превосходит упомянутые выше ручные методы.
С внедрением в производство многослойных ПП и компонентов c матричным расположением выводов задача локализации некоторых дефектов с помощью прямого осмотра платы оказалась невыполнимой. Решением стал рентгеновский контроль – метод выявления дефектов ПП с помощью анализа рентгеновских снимков образца. Рентгеновская установка способна предоставить больше информации об исследуемом образце, чем оптическая, но с известной спецификой: технология рентгеновского контроля, особенно ее наиболее продвинутые виды, в отличие от оптического контроля, ориентирована в первую очередь на выявление дефектов, связанных с металлическими элементами – печатными проводниками, контактными площадками, переходными отверстиями, паяными соединениями – иными словами, электрическими соединениями ПП.
Инспекция и выявление дефектов может производиться как в ручном режиме оператором, так и в автоматическом, если система контроля оборудована соответствующим программным обеспечением на основе компьютерного зрения. В настоящее время алгоритмы автоматизированной инспекции активно развиваются с целью использовать все данные о плате, которые могут быть предоставлены современными рентгеновскими установками.
Оборудование для рентгенографии позволяет получить плоский снимок или трехмерную (объемную) модель исследуемого объекта, при анализе которых выявляются дефекты исследуемой ПП. В табл. 1 рассмотрены различные виды рентгеновского контроля, их преимущества и недостатки [1].
Дефекты ПП, включая дефекты подложки, покрытия, травления, металлизации, пайки и т. д., описаны в российском стандарте ГОСТ P 56251-2014 и зарубежном IPC-A‑600H-RU [2, 3]. Список дефектов электрических соединений плат, составленный на основе данных стандартов, приведен в табл. 2 [4].
Данная статья рассматривает рентгеновский контроль на примере несмонтированных ПП, поэтому таблица дефектов не включает дефекты паяных соединений. Следует обратить внимание на то, что она содержит дефекты элементов плат, схожие по физическим параметрам (габариты, местоположение), но различные по причинам возникновения и возможным последствиям при испытаниях и эксплуатации. К таким дефектам относятся, например, разрыв и трещина печатного проводника. Различить, а в некоторых ситуациях и просто выявить данные дефекты средствами визуального, оптического и рентгеновского контроля достаточно сложно:
Целью статьи является исследование режимов, определение особенностей и оценка эффективности выявления подобных дефектов на оборудовании рентгеновского контроля. В качестве инструмента исследования выбрана установка рентгеновской инспекции XD7600NT Ruby FP производства Nordson DAGE (Великобритания), изображенная на рис. 1 [5], которая реализует большую часть существующих методов рентгеновского контроля, включая 3D наклонную компьютерную томографию.
Разрешение и глубина цвета получаемых с помощью установки рентгеновских изображений существенно влияют на эффективность контроля, так как от данных параметров зависит, будут ли малые дефекты достаточно хорошо различимы на снимках. Рентгеновские изображения, полученные с помощью выбранной установки, имеют разрешение 1 600 × 1 200 пикс. и глубину цвета 16 бит, то есть для каждого пикселя доступны 65 536 оттенков серого. Микроскопический масштаб снимков достигается установкой с помощью геометрического увеличения ×2 500, цифрового увеличения ×5 200 и суммарного увеличения ×15 600.
Геометрическое увеличение системы рентгеновского контроля равно отношению расстояния между фокусом источника и детектором (focus-detector distance, FDD) к расстоянию между фокусом источника и объектом (focus-object distance, FOD), как показано на рис. 2 [6]. Расстояние FDD ограничено размерами установки и является фиксированным, следовательно, максимальное геометрическое увеличение достигается при минимальном расстоянии FOD. В выбранной установке данная функциональность реализована на основе автоматизированного передвижения рабочего стола вплотную к рентгеновской трубке.
Согласно методическим указаниям о проведении рентгеновского контроля, для обнаружения пустоты диаметром d размер пикселя должен составить d / 2. Для определения пустоты диаметром 0,1 мм размер пикселя должен составить 0,05 мм, тогда при разрешении изображения 1 600 × 1 200 пикс. размер кадра будет равен 80 × 60 мм. Максимальная длина и ширина контролируемой ПП для выбранной установки равна 736 × 580 мм, что приблизительно в 10 раз больше соответствующих размеров заданного кадра. Таким образом, для исследования одной платы максимального размера с целью поиска пустот диаметром от 0,1 мм потребуется сделать 100 снимков. Если же проверять всю плату в одном кадре, то размер пикселя будет равен примерно 0,5 мм, и пустоты менее 1 мм останутся не обнаруженными. На рис. 3 показано, насколько сильно необходимый для выявления дефекта размер кадра может отличаться от размера платы.
Для выявления на рентгеновском изображении малой трещины проводника необходим не только крупный масштаб, – рекомендуемый размер пикселя для обнаружения трещины шириной w равен w / 3, – но и заметное различие яркости между темными пикселями проводника и светлыми пикселями трещины. Для оценки перепада яркостей программное обеспечение установки предоставляет возможность просмотреть гистограмму изображения.
Общий вид гистограммы зависит от нескольких факторов:
Чрезмерно сосредоточенная гистограмма означает неравномерное распределение пикселей изображения по яркости и отсутствие достаточной для выявления дефектов контрастности. На рис. 4 приведено сравнение двух рентгеновских снимков одного и того же участка платы. Дефект (трещина переходного отверстия) сложно различим на снимке с сосредоточенной гистограммой (слева) и легко различим на снимке с распределенной гистограммой (справа).
Рекомендуемые значения напряжения и тока (мощности рентгеновской трубки) для достижения равномерно распределенной гистограммы для различных инспектируемых объектов и компонентов ПП указаны в табл. 3. Выбранная установка позволяет регулировать значения напряжения до 160 кВ и мощности до 10 Вт.
Напряжение на рентгеновской трубке влияет на энергетический спектр и интенсивность рентгеновского излучения. Энергетический спектр, в свою очередь, определяет проникающую способность излучения и чувствительность контроля [7]. Увеличение напряжения рентгеновской трубки увеличивает энергию испускаемых фотонов, увеличение мощности рентгеновской трубки (за счет увеличения силы тока) увеличивает плотность потока излучения. На рис. 5 [8] представлены графики зависимости излучения рентгеновской трубки установки для напряжений 80 и 160 кВ и мощностей 10 и 20 Вт.
Рентгеновское излучение с большей энергией предпочтительнее для исследования объектов с большей толщиной или из материала большей плотности, однако оно представляет опасность для компонентов и приборов, чувствительных к радиационным излучениям.
После загрузки платы в рентгеновскую установку для достижения оптимального масштаба и распределения яркости рентгеновского изображения необходимо подготовить режим снятия снимка согласно следующим правилам:
Необходимо помнить, что отсутствие дефекта на одном снимке с видом сверху не означает, что исследуемый элемент является бездефектным. Для исследования одного элемента соединения требуется сделать несколько рентгеновских снимков данного элемента в различных информативных проекциях. Выбор информативных проекций («вид сверху» и «вид под углом») достигается посредством наклона / поворота детектора установки, как показано на рис. 6 [9].
Рекомендуемыми значениями углов наклона / поворота детектора для проекции «вид под углом» элементов соединений (переходного отверстия, контактной площадки, печатного проводника) являются 30° и 45°. В случае возникновения сомнений у оператора о наличии или отсутствии дефекта возможен выбор другого угла для более эффективного осмотра контролируемого элемента. Изоцентрическая система выбранной установки позволяет достигать значений углов наклона / поворота до 70°.
С учетом описанных особенностей рентгеновского контроля возможно получить изображения большинства описанных ранее дефектов электрических соединений ПП; примеры представлены на рис. 7–13.
В ходе исследования дефекты выявляются оператором путем визуального изучения рентгеновских изображений, что потенциально вносит в процесс контроля возможность человеческой ошибки. Уровень квалификации, внимания, усталости оператора существенно влияет на такие факторы, как:
Процесс рентгеновского контроля достаточно длителен и трудоемок. Как упоминалось ранее, исследовать плату приходится не только отдельными участками, размер которых может составлять 1 / 100 всей платы и меньше, но и в нескольких проекциях. Например, для выявления микротрещины дорожки, представленной на рис. 14 [10], оператору необходимо сфокусировать внимание на данном соединении, увеличить масштаб и осмотреть проводник под нестандартным углом.
Программное обеспечение использованной установки рентгеновской инспекции предоставляет возможность частично автоматизировать процесс контроля, например, составить процедуру обхода ПП снимками по карте навигации или проанализировать снимок на наличие пустот в пайке шариков BGA‑компонентов. Однако функциональность полностью автоматизированного контроля дефектов контактных площадок, переходных отверстий и печатных проводников в данной системе не реализована.
Рентгеновский контроль действительно позволяет выявить многие дефекты электрических соединений плат, в том числе те, которые недоступны прямому или инструментальному осмотру и автоматической оптической инспекции. Однако у данного вида контроля имеется и ряд недостатков:
Для задач, требующих высокой производительности при гарантированной надежности контроля и сравнительно небольшой стоимости оборудования, хорошей альтернативой рентгеновским установкам могут стать системы, также сфокусированные на металлических компонентах платы, с сопоставимой эффективностью в выявлении дефектов и с возможностью полной автоматизации – например, системы электрического контроля.
В настоящее время в МАИ ведется разработка метода электрического диагностического контроля, нацеленного на ускорение за счет автоматизации процесса выявления крайне малых (скрытых) дефектов соединений ПП без задействования рентгеновской установки [10, 11]. Использование диагностического контроля для проверки плат на выходе с линий серийного / массового производства и рентгеновского контроля как средства углубленного исследования при запуске нового продукта и появлении брака позволит сократить трудозатраты и повысить надежность изготовляемой продукции.
ЛИТЕРАТУРА
Петров С. Современный рентгеновский контроль электронных узлов // Печатный монтаж. 2009. № 4–5. С. 37–39.
ГОСТ P 56251-2014. Платы печатные. Классификация дефектов. – М.: Стандартинформ, 2014. 107 с.
IPC-A‑600H-RU: Критерии приемки печатных плат. – 157 с.
Домени А. С., Новиков Н. А. Диагностический контроль электрических межсоединений в электронных системах // Московская молодежная научно-практическая конференция «Инновации в авиации и космонавтике – 2013». Сборник тезисов докладов. – М.: МАИ, 2013. С. 225–226.
XD7600NT Ruby FP. X‑ray Inspection System – New Specification / http://www.nordson.com/~/media/Files/Nordson/dage/Products/X-Ray-Inspection-Systems/XD7600NT-Ruby-FP/new-spec-ruby-fp.pdf
Гафт С. Рентгеновский контроль – мощное средство для диагностики и локализации дефектов современных печатных узлов // Компоненты и технологии. 2004. № 6. С. 198–200.
Зарипова Л. Д., Назипов Р. А., Храмов А. С. Основы радиационного неразрушающего контроля. Учебно-методическое пособие для студентов физического факультета. – Казань: Изд-во Казанск. гос. ун-та, 2008. 66 с.
X‑ray Dose Considerations – Application Note / https://azcscxpprodcdn.azureedge.net/-/media/Files/Nordson/dage/Products/X-Ray-Inspection-Systems/Quadra%20Series/X‑ray%20Dose%20DataSheet%202017.pdf
Krastev E., Scott P. 2D X-Ray inspection With Materials and Thickness Identification // Proceedings of SMTA International. – SMTA, 2016. С. 470–475.
Васильев Ф., Медведев А. Выявление скрытых дефектов соединений // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2018. № 10. С. 94–97.
Домени А. Экспериментальная проверка метода диагностического контроля электрических соединений // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2020. № 2. С. 92–98.
Ф. Васильев, к. т.н., А. Домени
Для обеспечения работоспособности современного оборудования необходим эффективный контроль качества и надежности соединений печатных плат (ПП) – как после изготовления собственно платы, так и по окончании установки компонентов. Особенно он актуален для аппаратуры ответственного назначения, подвергающейся нагрузкам в процессе эксплуатации. В статье описаны особенности рентгеновского контроля соединений ПП на примере экспериментального выявления дефектов, оговоренных в нормативных документах. Результаты исследования применимы при сравнительном анализе видов контроля плат, например, при выборе оптимальной системы контроля для конкретного производства.
Технологическими предшественниками рентгеновского контроля являются визуальный и оптический контроль. Первый был наиболее распространенным видом контроля на заре развития производства ПП. Оператор производил осмотр платы, выявлял заметные невооруженным глазом дефекты и принимал решение об их пригодности к ремонту.
В рамках промышленного производства визуальный контроль достаточно быстро и повсеместно был замещен оптическим контролем. Принцип поиска дефектов остался прежним, однако осмотр невооруженным глазом сменился осмотром с помощью оптических установок, например электронных микроскопов. Применение технических средств существенно повысило эффективность метода в выявлении более мелких, незаметных человеческому глазу дефектов.
Следующим этапом развития стала автоматическая оптическая инспекция (АОИ). АОИ – это комбинация автоматизированного оптического устройства (микроскопа) и программного обеспечения на основе алгоритмов компьютерного зрения (computer vision, CV), способная производить осмотр ПП и выявление предварительно программно описанных дефектов без участия оператора. Несовершенство технологий распознавания дефектов не позволяет АОИ полностью заменить человеческий взгляд, однако по производительности и надежности она существенно превосходит упомянутые выше ручные методы.
С внедрением в производство многослойных ПП и компонентов c матричным расположением выводов задача локализации некоторых дефектов с помощью прямого осмотра платы оказалась невыполнимой. Решением стал рентгеновский контроль – метод выявления дефектов ПП с помощью анализа рентгеновских снимков образца. Рентгеновская установка способна предоставить больше информации об исследуемом образце, чем оптическая, но с известной спецификой: технология рентгеновского контроля, особенно ее наиболее продвинутые виды, в отличие от оптического контроля, ориентирована в первую очередь на выявление дефектов, связанных с металлическими элементами – печатными проводниками, контактными площадками, переходными отверстиями, паяными соединениями – иными словами, электрическими соединениями ПП.
Инспекция и выявление дефектов может производиться как в ручном режиме оператором, так и в автоматическом, если система контроля оборудована соответствующим программным обеспечением на основе компьютерного зрения. В настоящее время алгоритмы автоматизированной инспекции активно развиваются с целью использовать все данные о плате, которые могут быть предоставлены современными рентгеновскими установками.
Оборудование для рентгенографии позволяет получить плоский снимок или трехмерную (объемную) модель исследуемого объекта, при анализе которых выявляются дефекты исследуемой ПП. В табл. 1 рассмотрены различные виды рентгеновского контроля, их преимущества и недостатки [1].
Дефекты ПП, включая дефекты подложки, покрытия, травления, металлизации, пайки и т. д., описаны в российском стандарте ГОСТ P 56251-2014 и зарубежном IPC-A‑600H-RU [2, 3]. Список дефектов электрических соединений плат, составленный на основе данных стандартов, приведен в табл. 2 [4].
Данная статья рассматривает рентгеновский контроль на примере несмонтированных ПП, поэтому таблица дефектов не включает дефекты паяных соединений. Следует обратить внимание на то, что она содержит дефекты элементов плат, схожие по физическим параметрам (габариты, местоположение), но различные по причинам возникновения и возможным последствиям при испытаниях и эксплуатации. К таким дефектам относятся, например, разрыв и трещина печатного проводника. Различить, а в некоторых ситуациях и просто выявить данные дефекты средствами визуального, оптического и рентгеновского контроля достаточно сложно:
- разрыв проводника может быть выявлен с помощью оптического контроля, если проводник находится на наружном слое, однако для проводников на внутренних слоях многослойной ПП необходим рентгеновский контроль;
- трещина печатного проводника может существенно различаться в размерах и оказаться как достаточно большой и примечательной, так и слишком малой и трудно различимой даже на снимке с максимальным разрешением;
- трещину переходного отверстия невозможно выявить на снимке с видом платы сверху, необходимо повернуть детектор рентгеновской системы для снимка под углом.
Целью статьи является исследование режимов, определение особенностей и оценка эффективности выявления подобных дефектов на оборудовании рентгеновского контроля. В качестве инструмента исследования выбрана установка рентгеновской инспекции XD7600NT Ruby FP производства Nordson DAGE (Великобритания), изображенная на рис. 1 [5], которая реализует большую часть существующих методов рентгеновского контроля, включая 3D наклонную компьютерную томографию.
Разрешение и глубина цвета получаемых с помощью установки рентгеновских изображений существенно влияют на эффективность контроля, так как от данных параметров зависит, будут ли малые дефекты достаточно хорошо различимы на снимках. Рентгеновские изображения, полученные с помощью выбранной установки, имеют разрешение 1 600 × 1 200 пикс. и глубину цвета 16 бит, то есть для каждого пикселя доступны 65 536 оттенков серого. Микроскопический масштаб снимков достигается установкой с помощью геометрического увеличения ×2 500, цифрового увеличения ×5 200 и суммарного увеличения ×15 600.
Геометрическое увеличение системы рентгеновского контроля равно отношению расстояния между фокусом источника и детектором (focus-detector distance, FDD) к расстоянию между фокусом источника и объектом (focus-object distance, FOD), как показано на рис. 2 [6]. Расстояние FDD ограничено размерами установки и является фиксированным, следовательно, максимальное геометрическое увеличение достигается при минимальном расстоянии FOD. В выбранной установке данная функциональность реализована на основе автоматизированного передвижения рабочего стола вплотную к рентгеновской трубке.
Согласно методическим указаниям о проведении рентгеновского контроля, для обнаружения пустоты диаметром d размер пикселя должен составить d / 2. Для определения пустоты диаметром 0,1 мм размер пикселя должен составить 0,05 мм, тогда при разрешении изображения 1 600 × 1 200 пикс. размер кадра будет равен 80 × 60 мм. Максимальная длина и ширина контролируемой ПП для выбранной установки равна 736 × 580 мм, что приблизительно в 10 раз больше соответствующих размеров заданного кадра. Таким образом, для исследования одной платы максимального размера с целью поиска пустот диаметром от 0,1 мм потребуется сделать 100 снимков. Если же проверять всю плату в одном кадре, то размер пикселя будет равен примерно 0,5 мм, и пустоты менее 1 мм останутся не обнаруженными. На рис. 3 показано, насколько сильно необходимый для выявления дефекта размер кадра может отличаться от размера платы.
Для выявления на рентгеновском изображении малой трещины проводника необходим не только крупный масштаб, – рекомендуемый размер пикселя для обнаружения трещины шириной w равен w / 3, – но и заметное различие яркости между темными пикселями проводника и светлыми пикселями трещины. Для оценки перепада яркостей программное обеспечение установки предоставляет возможность просмотреть гистограмму изображения.
Общий вид гистограммы зависит от нескольких факторов:
- толщины´ объектов в кадре – более толстая плата приведет к более темному снимку;
- параметров рентгеновской трубки – более мощное рентгеновское излучение приведет к более яркому снимку;
- количества металлических деталей (элементов или соединений) на участке платы в кадре – от этого зависит количество темных пикселей на снимке.
Чрезмерно сосредоточенная гистограмма означает неравномерное распределение пикселей изображения по яркости и отсутствие достаточной для выявления дефектов контрастности. На рис. 4 приведено сравнение двух рентгеновских снимков одного и того же участка платы. Дефект (трещина переходного отверстия) сложно различим на снимке с сосредоточенной гистограммой (слева) и легко различим на снимке с распределенной гистограммой (справа).
Рекомендуемые значения напряжения и тока (мощности рентгеновской трубки) для достижения равномерно распределенной гистограммы для различных инспектируемых объектов и компонентов ПП указаны в табл. 3. Выбранная установка позволяет регулировать значения напряжения до 160 кВ и мощности до 10 Вт.
Напряжение на рентгеновской трубке влияет на энергетический спектр и интенсивность рентгеновского излучения. Энергетический спектр, в свою очередь, определяет проникающую способность излучения и чувствительность контроля [7]. Увеличение напряжения рентгеновской трубки увеличивает энергию испускаемых фотонов, увеличение мощности рентгеновской трубки (за счет увеличения силы тока) увеличивает плотность потока излучения. На рис. 5 [8] представлены графики зависимости излучения рентгеновской трубки установки для напряжений 80 и 160 кВ и мощностей 10 и 20 Вт.
Рентгеновское излучение с большей энергией предпочтительнее для исследования объектов с большей толщиной или из материала большей плотности, однако оно представляет опасность для компонентов и приборов, чувствительных к радиационным излучениям.
После загрузки платы в рентгеновскую установку для достижения оптимального масштаба и распределения яркости рентгеновского изображения необходимо подготовить режим снятия снимка согласно следующим правилам:
- поле зрения должно полностью включать контролируемый элемент проводящего рисунка ПП;
- поле зрения должно включать минимальное возможное количество лишних объектов;
- масштаб поля зрения должен быть достаточен для однозначного определения наличия или отсутствия дефекта определенного размера;
- напряжение и мощность рентгеновской трубки должны быть выставлены в соответствии с рекомендациями, приведенными ранее, для нормализации гистограммы.
Необходимо помнить, что отсутствие дефекта на одном снимке с видом сверху не означает, что исследуемый элемент является бездефектным. Для исследования одного элемента соединения требуется сделать несколько рентгеновских снимков данного элемента в различных информативных проекциях. Выбор информативных проекций («вид сверху» и «вид под углом») достигается посредством наклона / поворота детектора установки, как показано на рис. 6 [9].
Рекомендуемыми значениями углов наклона / поворота детектора для проекции «вид под углом» элементов соединений (переходного отверстия, контактной площадки, печатного проводника) являются 30° и 45°. В случае возникновения сомнений у оператора о наличии или отсутствии дефекта возможен выбор другого угла для более эффективного осмотра контролируемого элемента. Изоцентрическая система выбранной установки позволяет достигать значений углов наклона / поворота до 70°.
С учетом описанных особенностей рентгеновского контроля возможно получить изображения большинства описанных ранее дефектов электрических соединений ПП; примеры представлены на рис. 7–13.
В ходе исследования дефекты выявляются оператором путем визуального изучения рентгеновских изображений, что потенциально вносит в процесс контроля возможность человеческой ошибки. Уровень квалификации, внимания, усталости оператора существенно влияет на такие факторы, как:
- способность оператора находить дефектные элементы среди большого количества объектов на снимке платы;
- способность оператора замечать малые дефекты;
- скорость обработки оператором одной платы (производительность контроля).
Процесс рентгеновского контроля достаточно длителен и трудоемок. Как упоминалось ранее, исследовать плату приходится не только отдельными участками, размер которых может составлять 1 / 100 всей платы и меньше, но и в нескольких проекциях. Например, для выявления микротрещины дорожки, представленной на рис. 14 [10], оператору необходимо сфокусировать внимание на данном соединении, увеличить масштаб и осмотреть проводник под нестандартным углом.
Программное обеспечение использованной установки рентгеновской инспекции предоставляет возможность частично автоматизировать процесс контроля, например, составить процедуру обхода ПП снимками по карте навигации или проанализировать снимок на наличие пустот в пайке шариков BGA‑компонентов. Однако функциональность полностью автоматизированного контроля дефектов контактных площадок, переходных отверстий и печатных проводников в данной системе не реализована.
Рентгеновский контроль действительно позволяет выявить многие дефекты электрических соединений плат, в том числе те, которые недоступны прямому или инструментальному осмотру и автоматической оптической инспекции. Однако у данного вида контроля имеется и ряд недостатков:
- анализ ПП целиком не выявляет множество малых дефектов, в то время как анализ ПП по участкам многократно увеличивает время контроля;
- рентгеновский контроль выявляет настолько малые дефекты элементов проводящего рисунка ПП, насколько позволяет точность установки (расстояние между трубкой и детектором, расстояние между трубкой и образцом, разрешение матрицы);
- тщательный анализ каждого элемента ПП требует индивидуальной настройки (использование различных информативных проекций, выбор параметров трубки, нормализация гистограммы);
- полноценная автоматизация процесса рентгеновского контроля в настоящее время невозможна, следовательно, производительность и эффективность рентгеновского контроля напрямую зависят от субъективного состояния оператора, ответственного за расшифровку полученных рентгеновских снимков;
- системы рентгеновской инспекции являются одним из самых дорогостоящих видов оборудования для контроля ПП.
Для задач, требующих высокой производительности при гарантированной надежности контроля и сравнительно небольшой стоимости оборудования, хорошей альтернативой рентгеновским установкам могут стать системы, также сфокусированные на металлических компонентах платы, с сопоставимой эффективностью в выявлении дефектов и с возможностью полной автоматизации – например, системы электрического контроля.
В настоящее время в МАИ ведется разработка метода электрического диагностического контроля, нацеленного на ускорение за счет автоматизации процесса выявления крайне малых (скрытых) дефектов соединений ПП без задействования рентгеновской установки [10, 11]. Использование диагностического контроля для проверки плат на выходе с линий серийного / массового производства и рентгеновского контроля как средства углубленного исследования при запуске нового продукта и появлении брака позволит сократить трудозатраты и повысить надежность изготовляемой продукции.
ЛИТЕРАТУРА
Петров С. Современный рентгеновский контроль электронных узлов // Печатный монтаж. 2009. № 4–5. С. 37–39.
ГОСТ P 56251-2014. Платы печатные. Классификация дефектов. – М.: Стандартинформ, 2014. 107 с.
IPC-A‑600H-RU: Критерии приемки печатных плат. – 157 с.
Домени А. С., Новиков Н. А. Диагностический контроль электрических межсоединений в электронных системах // Московская молодежная научно-практическая конференция «Инновации в авиации и космонавтике – 2013». Сборник тезисов докладов. – М.: МАИ, 2013. С. 225–226.
XD7600NT Ruby FP. X‑ray Inspection System – New Specification / http://www.nordson.com/~/media/Files/Nordson/dage/Products/X-Ray-Inspection-Systems/XD7600NT-Ruby-FP/new-spec-ruby-fp.pdf
Гафт С. Рентгеновский контроль – мощное средство для диагностики и локализации дефектов современных печатных узлов // Компоненты и технологии. 2004. № 6. С. 198–200.
Зарипова Л. Д., Назипов Р. А., Храмов А. С. Основы радиационного неразрушающего контроля. Учебно-методическое пособие для студентов физического факультета. – Казань: Изд-во Казанск. гос. ун-та, 2008. 66 с.
X‑ray Dose Considerations – Application Note / https://azcscxpprodcdn.azureedge.net/-/media/Files/Nordson/dage/Products/X-Ray-Inspection-Systems/Quadra%20Series/X‑ray%20Dose%20DataSheet%202017.pdf
Krastev E., Scott P. 2D X-Ray inspection With Materials and Thickness Identification // Proceedings of SMTA International. – SMTA, 2016. С. 470–475.
Васильев Ф., Медведев А. Выявление скрытых дефектов соединений // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2018. № 10. С. 94–97.
Домени А. Экспериментальная проверка метода диагностического контроля электрических соединений // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2020. № 2. С. 92–98.
Отзывы читателей
