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Qu'est-ce que l'inspection par rayons X des circuits imprimés et pourquoi est-elle nécessaire ?
À mesure que les assemblages de circuits imprimés deviennent plus petits, plus minces et plus denses, de plus en plus de joints de soudure ne sont plus visibles après assemblage. Les composants tels que les BGA, QFN, LGA et autres boîtiers à terminaisons inférieures placent leurs connexions électriques sous le corps du composant, là où l'inspection manuelle et AOI ne permet pas de les voir directement.
C'est là que l'inspection radiographique des circuits imprimés prend toute son importance. Au lieu de se contenter de vérifier la surface de la carte, l'inspection radiographique permet aux fabricants de regarder à travers le composant et la structure du circuit imprimé pour évaluer les joints de soudure cachés et la qualité de l'assemblage interne.
Si vous n'êtes pas encore familiarisé avec l'inspection aux rayons X des circuits imprimés, cet article est un bon point de départ. Nous examinerons la technologie de manière pratique, afin que vous puissiez comprendre ce qu'elle fait, où elle est utile et pourquoi elle est devenue un élément important du contrôle qualité de l'assemblage moderne des circuits imprimés.
Qu'est-ce que l'inspection par rayons X dans l'industrie des circuits imprimés
Pour les personnes extérieures à l'industrie électronique, le mot “ rayons X ” peut d'abord évoquer l'imagerie médicale. L'inspection par rayons X des circuits imprimés repose sur un principe physique similaire, mais son objectif est différent. Elle est utilisée pour examiner l'état interne d'un circuit imprimé nu ou d'une carte de circuit imprimé assemblée sans avoir à la découper.
Lors de l'inspection, les rayons X traversent le circuit imprimé. Les différents matériaux absorbent le rayonnement à des niveaux variés. Les matériaux denses tels que le cuivre, la soudure et les pistes de composants absorbent davantage de rayons X et apparaissent plus sombres ou plus définis sur l'image, tandis que les matériaux moins denses laissent passer plus de rayonnement.
Ce contraste permet au système d'inspection de révéler des détails qui ne peuvent être contrôlés en surface, y compris les joints de soudure sous les composants, les vias et les structures internes des cartes multicouches.
Étant donné que la carte reste intacte, l'inspection par rayons X est considérée comme une méthode d'inspection non destructive. Dans l'assemblage de circuits imprimés, elle est couramment utilisée après le soudage pour vérifier les zones de connexion cachées avant les tests fonctionnels, l'analyse des défaillances, les décisions de retravail ou la revue finale de la qualité.
Les systèmes d'inspection par rayons X des circuits imprimés sont généralement divisés en trois types : 2D, 2,5D et 3D.
- L'inspection par rayons X 2D fournit une image plane de la zone inspectée.
- L'inspection par rayons X 2,5D ajoute l'observation sous angle.
- La radiographie 3D, également connue sous le nom d'inspection par rayons X CT, permet de reconstruire une image tridimensionnelle grâce à un balayage multi-angle.
Parmi ces méthodes, les rayons X 3D offrent la visualisation la plus détaillée des structures internes, mais ils nécessitent également un investissement matériel plus élevé, un temps d'inspection plus long et une opération plus complexe. Pour cette raison, les rayons X 2D restent la méthode la plus couramment adoptée dans la production quotidienne d'assemblage de PCB, tandis que les rayons X 3D sont généralement réservés à des besoins d'inspection plus avancés.
L'importance de l'inspection par rayons X dans la fabrication électronique moderne
Le besoin d'inspection par rayons X découle d'une tendance industrielle claire : les appareils électroniques deviennent plus petits, plus légers et plus denses en fonctionnalités.
Pour soutenir cette tendance, l'encapsulation des composants est passée des composants traversants traditionnels aux dispositifs montés en surface, puis à des boîtiers plus avancés tels que BGA, QFN, LGA et CSP. Ces boîtiers économisent de l'espace sur les circuits imprimés et permettent de meilleures performances, mais ils créent également un nouveau défi d'inspection.
Dans nombre de ces composants, les joints de soudure sont situés sous le corps du boîtier. Après le placement et la soudure par refusion, ces joints ne sont plus visibles de la surface.
Un boîtier BGA, par exemple, peut contenir des centaines, voire des milliers de billes de soudure sous le composant. Une carte peut passer une inspection visuelle et une inspection par contrôle optique automatisé (AOI) tout en présentant des défauts cachés sous le BGA. Le même problème peut survenir avec les boîtiers QFN, en particulier autour des pastilles thermiques et des zones de soudure sur la face inférieure.
L'inspection par rayons X aide les fabricants à réduire ce point aveugle. Elle permet aux ingénieurs d'inspecter les joints de soudure cachés avant que la carte ne passe aux étapes de test ultérieures, de retravail, d'expédition ou d'intégration du produit.
Ceci est particulièrement important pour les projets impliquant :
- Composants BGA à pas fin
- Haute densité Assemblage CMS
- Boîtiers QFN avec pastille thermique
- Inspection de pré-série avant production en série
- Analyse des défaillances pour les problèmes de PCB ou PCBA
Dans ces cas, l'inspection par rayons X n'est pas simplement une étape de qualité supplémentaire. C'est un moyen pratique de confirmer si les joints de soudure cachés se sont formés correctement.
Problèmes de PCB détectables par inspection aux rayons X
Vides de soudure BGA
Dans une bille de soudure BGA, les vides apparaissent généralement sous forme de taches plus claires à l'intérieur de la zone de soudure plus foncée. Les ingénieurs vérifient trois points : la taille des vides, leur emplacement, et s'ils sont isolés ou répétés sur de nombreuses billes.
De petits vides dispersés peuvent être acceptables, mais des vides importants, des vides concentrés ou des motifs de remplissage répétés peuvent suggérer des problèmes de processus tels que des gaz piégés, une mauvaise libération de la pâte ou un profil de refusion inadapté.
Ponts de soudure cachés
Un pont de soudure caché apparaît généralement comme une connexion sombre entre deux zones de soudure qui devraient être distinctes. Lors de l'inspection des BGA, l'essentiel est de vérifier si chaque bille de soudure conserve un espace clair avec la suivante.
Si deux billes semblent fusionnées, étirées ou reliées par un mince cordon de soudure, la carte peut présenter un risque de court-circuit. C'est pourquoi les rayons X sont souvent utilisés avant de mettre sous tension les cartes présentant des connexions denses sur le côté inférieur.
Billes BGA désalignées ou composant décalé
Pour l'alignement des BGA, les ingénieurs examinent la configuration globale des billes. Un réseau normal doit présenter un espacement uniforme, une forme de bille cohérente et une grille régulière.
Si le composant s'est déplacé, l'image peut montrer des billes décalées, un espacement inégal, des joints comprimés d'un côté ou étirés de l'autre. Ceci permet de confirmer si le composant est resté aligné pendant la pose et le reflow.
Manque de matière plastique sur le patin thermique du boîtier QFN
Pour les boîtiers QFN, le recours aux rayons X est principalement destiné à vérifier le recouvrement de soudure sous la pastille thermique exposée. Les vides apparaissent comme des zones plus claires au sein de la région de la pastille soudée.
Les ingénieurs examinent généralement la surface totale des vides, les plus grands vides individuels et si les vides sont concentrés dans le trajet de transfert de chaleur. Si le tampon thermique présente une mauvaise étalement de la soudure ou un excès de vides, le processus peut nécessiter un ajustement dans la conception du pochoir, le volume de pâte à souder ou les réglages de refusion.
Soudure par mèches
Le phénomène de "solder ball wicking" (aspiration de la sphère de soudure) signifie que la soudure s'est éloignée de la zone de joint prévue. Sur une image aux rayons X, cela peut se manifester par une réduction du volume de soudure au niveau du joint, une forme irrégulière de la sphère, ou une trace de soudure anormale s'étendant vers une via ou une structure avoisinante.
La différence essentielle avec le vide est que le vide représente un espace vide à l'intérieur de la soudure, tandis que le mèche montre la soudure s'écoulant loin de l'endroit où elle devrait rester.
Inspection par AOI contre inspection par rayons X contre test fonctionnel
| Méthode | Objet principal | Le meilleur pour | Limitation |
|---|---|---|---|
| Inspection visuelle | Examen de surface de base | Défauts d'apparence évidents, contrôles qualité manuels | Impossible de détecter les joints de soudure cachés |
| AOI | Inspection optique automatisée | Placement des composants, polarité, pièces manquantes, défauts de soudure visibles | Impossible de voir sous les boîtiers BGA, QFN, CSP ou autres boîtiers cachés |
| Inspection aux rayons X | Soudure cachée et inspection interne | BGA, QFN, CSP, vides de soudure, ponts cachés, soudure insuffisante, défauts internes | Impossible de vérifier pleinement la fonctionnalité du produit |
| TIC | Tests électriques en circuit | Shorts, ouvertures, valeurs incorrectes, composants manquants, défauts au niveau du circuit de base | Exige des points de test et des montages |
| FCT | Tests de performance fonctionnelle | Vérification du bon fonctionnement du tableau assemblé | Peut ne pas identifier la cause physique profonde d'un défaut |
Chaque assemblage de PCB nécessite-t-il une inspection par rayons X ?
Non. L'inspection par rayons X n'est pas nécessaire pour chaque assemblage de circuits imprimés.
Pour les circuits imprimés simples dont les joints de soudure sont majoritairement visibles, l'inspection optique automatique (AOI), l'inspection visuelle, le test en circuit (ICT) et le test fonctionnel peuvent suffire. Par exemple, un circuit imprimé utilisant des résistances standard, des condensateurs, des diodes, des boîtiers SOIC, des connecteurs et des composants traversants peut ne pas nécessiter d'inspection par rayons X, sauf en cas de préoccupation spécifique concernant la qualité.
L'inspection par rayons X devient plus précieuse lorsque l'assemblage comprend :
- Joints de soudure cachés
- Boîtiers BGA ou QFN
- Zones CMP à haute densité
- Composants à pas fin
- Soudure de patin thermique
- Exigences relatives aux applications à haute fiabilité
- Analyse des défaillances requis
Dans la fabrication pratique de circuits imprimés assemblés (PCBA), la question ne devrait pas être : “ Chaque carte doit-elle subir une inspection aux rayons X ? ”
Une meilleure question est :
Où se situent les risques cachés dans cet assemblage, et quelle méthode d'inspection permet de les détecter ?
Si le risque principal est la qualité visible des soudures, l'inspection optique automatique (AOI) peut être la méthode appropriée. Si le risque est caché sous un boîtier BGA ou QFN, l'inspection par rayons X devient beaucoup plus importante. Si la préoccupation concerne les performances du produit final, des tests fonctionnels sont requis.
Un fabricant compétent de circuits imprimés assemblés (PCBA) devrait recommander le plan d'inspection approprié en fonction de la conception réelle de la carte, du boîtier des composants, de l'environnement d'application et des exigences de qualité du client.
Ce qu'il faut rechercher chez un fabricant de PCBAs doté de capacités d'inspection par rayons X
Lors du choix d'un fabricant de PCBA, il ne suffit pas de demander si l'usine dispose d'une machine à rayons X. La question plus importante est de savoir si l'équipe sait quand et comment l'utiliser correctement.
Un fabricant compétent devrait comprendre :
- Quels ensembles de composants nécessitent une inspection aux rayons X
- Comment évaluer la qualité des joints de soudure BGA
- Comment identifier les vides de soudure, les ponts de soudure, les coupures et les mauvais alignements
- Comment inspecter le pourcentage de vide de la pastille thermique des boîtiers QFN
- Comment relier les découvertes radiologiques au processus d'amélioration SMT
- Comment combiner l'inspection par rayons X avec le contrôle optique automatique (AOI), le test en circuit (ICT), le test fonctionnel (FCT) et la retouche (rework)
- Comment fournir des images ou des rapports d'inspection lorsque cela est requis
Pour Excellents services d'assemblage de circuits imprimés, L'inspection par rayons X devrait faire partie d'un processus qualité axé sur l'ingénierie, et non pas seulement d'une case à cocher. La valeur ne provient pas uniquement de l'équipement lui-même, mais de la capacité à interpréter l'image et à relier les découvertes à de véritables décisions de fabrication.
Pensées finales
L'inspection radiographique des CTP n'a pas pour seul objectif de trouver des défauts cachés. Sa véritable valeur réside dans le fait de donner aux fabricants une meilleure compréhension de ce qui s'est passé sous le corps du composant, en particulier lorsque les joints de soudure ne peuvent pas être vérifiés depuis la surface.
Pour les projets modernes de circuits imprimés assemblés (PCBA) utilisant des boîtiers BGA, QFN, CSP, LGA, ou des conceptions SMT haute densité, cette visibilité peut faire une réelle différence en matière de contrôle des processus, d'analyse des défaillances et de fiabilité à long terme des produits.
À PCBCool, Nous prenons en charge la fabrication de PCB et de PCBA avec un système de contrôle qualité complet, incluant l'inspection optique automatique (AOI), les tests fonctionnels et l'inspection avancée par rayons X. Pour les projets nécessitant une analyse interne plus approfondie, nous sommes également équipés d'une capacité d'inspection par rayons X 3D pour aider les clients à vérifier des assemblages complexes avec une plus grande confiance.
FAQ
Non. L'inspection par rayons X révèle l'état physique des soudures et des structures internes, mais elle ne peut pas confirmer que le circuit fonctionne correctement. Une carte peut passer l'inspection par rayons X et échouer néanmoins en raison de problèmes de micrologiciel, de valeurs de composants incorrectes, de circuits intégrés endommagés ou de problèmes de conception.
A: Non. L'AOI est efficace pour les défauts visibles, mais elle ne peut pas inspecter directement les joints de soudure cachés sous des composants tels que les boîtiers BGA, QFN, CSP ou LGA.
Non. Le besoin d'une inspection par rayons X dépend davantage du risque d'assemblage que du prix du produit. Une carte à faible coût avec des composants BGA ou des SMT haute densité peut nécessiter une inspection par rayons X, tandis qu'une carte de grande valeur avec des joints de soudure simples et visibles peut ne pas en avoir besoin.
Non. Certains problèmes nécessitent l'utilisation de TIC, de tests fonctionnels, de tests thermiques, d'analyses micrographiques ou d'une étude technique approfondie.
Parfois. Si la soudure froide entraîne une forme anormale, une séparation, un vide ou une mauvaise distribution de la soudure, les rayons X peuvent aider à l'identifier.
Cela peut aider à identifier les risques de joints ouverts, tels qu'une soudure insuffisante ou une formation de joint médiocre. Cependant, l'inspection par rayons X ne confirme pas la continuité électrique.
Oui, si le court-circuit est causé par un pont de soudure visible ou une connexion de soudure anormale.
A : Pas toujours. La radiographie 3D fournit plus de détails internes, mais la radiographie 2D est souvent suffisante pour l'inspection de routine des BGA, QFN et des joints de soudure.
La radiographie 2D est plus rapide, plus rentable et, pour de nombreux projets de production, elle fournit suffisamment d'informations pour juger des défauts de soudure courants cachés.
A : Il est souvent utilisé pour les assemblages complexes, l'analyse de défaillance difficile, les produits à haute fiabilité ou l'examen détaillé de la structure interne.
Cela peut allonger le temps d'inspection, surtout pour les inspections détaillées ou en 3D. En production, les fabricants appliquent généralement les rayons X en fonction du risque du projet, du type de composant, du plan d'échantillonnage ou des exigences du client.
Un rapport utile devrait indiquer le type de défaut, l'emplacement du défaut, les preuves photographiques, les composants affectés, le jugement de gravité et les étapes suivantes recommandées.
Il est préférable d'en discuter dès le début ; cela permet de définir le périmètre de l'inspection, le niveau d'échantillonnage, le format du rapport et les critères d'acceptation.
A : Non. L'inspection par rayons X est largement utilisée pour les PCBA, mais elle peut également être utilisée pour les contrôles de fabrication de PCB. Par exemple, elle peut aider à examiner les vias enterrés, les structures internes, l'alignement des couches ou les défauts cachés dans les cartes multicouches.
Loki travaille dans le commerce international et les circuits imprimés (PCB) depuis 2021, avec une expérience dans la fabrication, l'assemblage et la communication client de PCB. Chez PCBCool, il soutient la publication de contenu technique et aide à mettre en relation les demandes des clients avec le responsable de compte approprié pour un suivi de projet efficace.
