Automatische Röntgeninspektion
Heutzutage werden Leiterplatten immer kleiner und die Bauteile werden immer dichter auf der Platine angeordnet. Dieser Trend macht die Qualitätskontrolle noch schwieriger, und die traditionelle Sichtprüfung hat nur begrenzte Möglichkeiten, versteckte Fehler zu erkennen. Hier kommt die automatische Röntgeninspektion (AXI) von Leiterplatten ins Spiel. Diese Technik ist in der Lage, Lötstellen zu erkennen, die unter dem Gehäuse verborgen sind.
Was ist automatische Röntgeninspektion?
Die automatische Röntgeninspektion, auch als automatisierte Röntgeninspektion bezeichnet, ist eine weit verbreitete Prüfmethode zur Sicherstellung der inneren Qualität und Lötintegrität von ICs und BGAs auf Leiterplatten. Im Gegensatz zur AOI, bei der die Leiterplatten mit sichtbarem Licht gescannt werden, nutzt die AXI Röntgenstrahlen als Scanquelle und kann so die Leiterplatte durchleuchten, um interne Lötstellen, Durchkontaktierungen und Bauteilanschlüsse sichtbar zu machen, ohne die Leiterplatte zu beschädigen.
So funktioniert die automatische Röntgeninspektion
Um zu verstehen, wie AXI funktioniert, muss man zunächst den Aufbau des Röntgeninspektionsgeräts kennen. Jedes Röntgeninspektionssystem besteht aus drei grundlegenden Elementen:
- Röntgenröhre: Sie dient zur Erzeugung der für die Bildgebung erforderlichen Röntgenphotonen.
- Plattform: Die Plattform dient zur Aufnahme der Leiterplatten und kann in verschiedene Richtungen bewegt werden, um die Leiterplatte aus verschiedenen Winkeln und Entfernungen zu untersuchen.
- Detektor: Der Detektor befindet sich gegenüber der Röhre und dient dazu, die durchgelassenen Röntgenphotonen zu erfassen und in ein sichtbares Bild umzuwandeln.
Der Bildgebungsprozess funktioniert, indem Röntgenphotonen durch das zu untersuchende Objekt geleitet und auf der anderen Seite gesammelt werden. Das Verhalten der Photonen wird durch die Eigenschaften des Materials bestimmt, wie z. B. Dichte, Dicke und atomare Zusammensetzung.
Material mit höherem Atomgewicht absorbiert mehr Röntgenenergie und ist daher im Bild besser sichtbar, während leichtes Material mehr Photonen durchlässt und daher transparenter erscheint.
Da alle Materialien unterschiedlich auf Röntgenstrahlen reagieren, werden mehr oder weniger Photonen vom Detektor empfangen, wodurch ein Kontrast entsteht, der das Bild erzeugt. Die in Leiterplatten verwendeten Komponenten bestehen in der Regel aus schwereren Elementen und sind daher in einem Röntgenbild gut zu erkennen.
Arten von Röntgeninspektionsgeräten
Die Röntgeninspektionsgeräte für Leiterplatten werden in der Regel in zwei Hauptkategorien unterteilt: ob das System 2D- oder 3D-Bilder erzeugt und ob es offline oder online betrieben wird.
- 2D-Systeme
Ein 2D-Röntgensystem ist ein System, das ein zweidimensionales Bild der Leiterplatte erzeugt und gleichzeitig beide Seiten der Leiterplatte anzeigt. Ein solcher Fall lässt sich mit einer medizinischen Röntgenaufnahme vergleichen, die zur Identifizierung von Knochenbrüchen eingesetzt wird. Die 2D-Systeme können aufgrund ihrer einfachen Bildgebungstechnik entweder offline oder online betrieben werden.
- 3D-Systeme
Umgekehrt erzeugt ein dreidimensionales Röntgensystem ein dreidimensionales Bild der Leiterplatte, indem es eine Reihe von zweidimensionalen Querschnitten übereinanderlegt. Es gibt zwei Möglichkeiten, diese Technik zu erreichen:
Computertomographie (CT): Diese Technik ist ideal für die Erzeugung hochauflösender 3D-Bilder, kann jedoch aufgrund der intensiven Algorithmen nur offline durchgeführt werden.
Laminographie: Diese Technik kombiniert Querschnitte, um bestimmte Bereiche der Leiterplatte zu rekonstruieren, und kann entweder online oder offline durchgeführt werden.
- Online-Betrieb
Der Online-Betrieb ermöglicht es der Maschine, Leiterplatten direkt in der Produktionslinie zu scannen, wobei die Informationen in Echtzeit erfasst und analysiert werden. Sie eignet sich für komplexe Leiterplatten mit hohem Volumen, aber die erhöhte Leistungsfähigkeit kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit verlangsamen, die Kosten pro Leiterplatte erhöhen und den Durchsatz verringern.
- Offline-Betrieb
Beim Offline-Betrieb wird die Inspektion aus der Produktionslinie ausgelagert. Diese Werkzeuge sind schneller für Stichproben oder Panel-Prüfungen und oft wirtschaftlicher für kleinere Chargen, werden jedoch mit steigendem Produktionsvolumen weniger kosteneffizient.
AOI vs. AXI: Die Unterschiede verstehen
Die automatische optische Inspektion (AOI) und die automatische Röntgeninspektion (AXI) sind beide gängige Methoden zur Prüfung von Leiterplatten, verwenden jedoch unterschiedliche Bildquellen: AOI verwendet Licht, während AXI Röntgenstrahlen nutzt. AOI kann nur Defekte auf der Oberfläche der Leiterplatte erkennen, während die automatische Röntgeninspektion von Leiterplatten auch interne und versteckte Probleme erkennen kann. Die folgende Tabelle zeigt die Arten von Fehlern, die mit den jeweiligen Methoden erkannt werden können:
| Fehlerart | AXI | AOI |
| Angehobener Anschluss | ✓ | ✓ |
| Fehlerhaftes Bauteil | × | ✓ |
| Fehlendes Bauteil | ✓ | ✓ |
| Falscher Bauteilwert | × | ✓ |
| Falsch ausgerichtetes / platziertes Bauteil | ✓ | ✓ |
| Offene Stromkreise | ✓ | ✓ |
| Lötbrücken | ✓ | ✓ |
| Löt-Kurzschlüsse | ✓ | ✓ |
| Unzureichendes Lot | ✓ | ✓ |
| Lunker im Lot | ✓ | × |
| Zu viel Lot | ✓ | ✓ |
| Lötqualität | ✓ | × |
| BGA-Kurzschlüsse | ✓ | ✓ |
| BGA-Unterbrechungen | ✓ | × |
Vorteile und Einschränkungen der automatisierten Röntgeninspektion
Obwohl die automatische Röntgeninspektion über fortschrittliche Funktionen zur Überprüfung versteckter PCB-Fehler verfügt, bringt sie auch einige Herausforderungen mit sich. Die Kenntnis ihrer Vorteile und Einschränkungen hilft den Herstellern bei der Entscheidung, wie sie AXI in ihren Inspektionsprozess integrieren können.
Vorteile von AXI
Nicht-invasiv: Die Röntgeninspektion ist ein zerstörungsfreies Verfahren, mit dem Leiterplatten ohne Beschädigung der Bauteile geprüft werden können.
Schnell: AXI bietet eine deutlich höhere Inspektionsgeschwindigkeit als eine detaillierte manuelle oder visuelle Inspektion.
Umfassend: Mit einem einzigen Scan können verschiedene Qualitätsprobleme analysiert werden, darunter Lötbrücken, Lötstellen, Pin-Hole-Füllungen und Lötstellenfehler.
Hohe Auflösung: Die fortschrittliche Bildgebung bietet klare und detaillierte Ansichten der inneren Strukturen, wodurch Probleme auf der Leiterplatte mit hoher Genauigkeit erkannt werden können.
Vergleichbarkeit: Bilder derselben Leiterplatte können gespeichert und im Laufe der Zeit verglichen werden, um Veränderungen oder Unregelmäßigkeiten zu erkennen.
Einschränkungen von AXI
Hohe Kosten: AXI-Systeme sind aufgrund der Anfangsinvestitionen in Röntgenquellen, Detektoren, Abschirmungen und spezielle Software sowie der Wartungskosten teuer in der Anschaffung und Wartung.
Längere Inspektionszeiten: Die Inspektion jeder Leiterplatte dauert in der Regel 1 bis 5 Minuten, sodass sich dieses Verfahren für hohe Produktionsmengen nur dann eignet, wenn mehrere Maschinen für den Inspektionsprozess zur Verfügung stehen.
Höhere Betriebs- und Sicherheitsanforderungen: Der Betrieb von Röntgengeräten erfordert Strahlenschutzmaßnahmen, Zugangsbeschränkungen, Mitarbeiterschulungen und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.
Röntgeninspektion bei MOKOPCB
Die Röntgeninspektion ist eine der wichtigsten PCB-Prüfmethoden, die wir zur Gewährleistung der Produktzuverlässigkeit einsetzen. Bei MOKOPCB ist unsere Fabrik mit hochmodernen Röntgeninspektionsgeräten mit hoher Genauigkeit ausgestattet. Zu unseren wichtigsten Fähigkeiten gehören:
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Ganz gleich, ob Sie Rapid Prototyping oder Großserienfertigung benötigen, der AXI-Prozess von MOKOPCB stellt sicher, dass jede Platine, die unser Werk verlässt, den höchsten Zuverlässigkeitsanforderungen entspricht.
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