Technicien en radiographie découvre des défauts cachés dans la fabrication électronique

Dans la quête de la précision et de la fiabilité ultimes dans la fabrication électronique, les défauts microscopiques cachés dans les composants présentent des défis importants en matière de contrôle qualité. La série ARIRANG de systèmes d'inspection par rayons X 3D CT se distingue dans le domaine de la CT industrielle par sa remarquable vitesse d'imagerie de 15 secondes. Ces systèmes excellent dans la reconnaissance des détails et la précision, répondant aux exigences strictes d'inspection des CMS (composants montés en surface) et des semi-conducteurs. La technologie avancée de reconstruction 3D génère des images numériques en coupe transversale, permettant une mesure et une analyse précises des défauts dans l'espace tridimensionnel, transformant fondamentalement les limitations d'inspection traditionnelles.

Bien que l'inspection optique (AOI et SPI) soit devenue la norme dans la production électronique, elle présente des limites inhérentes lors de l'examen des boîtiers de circuits intégrés tels que les BGA, LGA et CI. Pour les composants dont les points de connexion sont cachés sous le boîtier, l'inspection optique ne peut évaluer que les caractéristiques externes, sans pouvoir évaluer les défauts de soudure internes. L'inspection par rayons X reste la seule méthode efficace pour « voir à travers » l'intérieur des composants.

Avec le développement rapide des applications IoT et de maison intelligente, les produits du quotidien subissent une électrification importante. Par exemple, les freins à main mécaniques sont de plus en plus remplacés par des systèmes de commande électronique contenant des processeurs avec des joints de soudure dissimulés. La fiabilité de ces composants a un impact direct sur la sécurité des utilisateurs, rendant l'inspection par rayons X essentielle pour identifier les risques potentiels liés aux défauts de soudure cachés.

L'inspection par rayons X identifie efficacement divers défauts de soudure dissimulés sous les composants, notamment :

• Soudures froides/joints ouverts : Connexions électriques incomplètes provoquant des interruptions de circuit
• Vides/porosité : Poches d'air dans la soudure affectant la conductivité et la résistance mécanique
• Fissures : Fractures microscopiques dans les joints de soudure ou les composants entraînant une dégradation des performances
• Ponts : Connexions de soudure accidentelles entre des pastilles adjacentes créant des courts-circuits
• Composants internes manquants : Structures internes incomplètes compromettant la fonctionnalité

Grâce aux méthodes d'inspection CT 2D, 2.5D et 3D, ces défauts deviennent détectables. Les vues multi-angles de l'imagerie oblique 2.5D et des coupes transversales 3D simplifient considérablement l'identification des défauts tout en améliorant la précision.

Les systèmes de rayons X industriels pour la fabrication électronique se répartissent en trois catégories en fonction du niveau d'automatisation :

Principalement utilisés pour l'échantillonnage d'unités individuelles ou de petits lots, ces systèmes d'inspection par rayons X manuelle (MXI) nécessitent que les opérateurs positionnent manuellement les échantillons, localisent les zones d'intérêt (ROI) et évaluent les images. Leur coût relativement faible en fait un point d'entrée économique pour l'inspection par rayons X.

Bien qu'ils ne soient pas entièrement intégrés aux lignes de production, ces systèmes effectuent une inspection automatisée (AXI). Les opérateurs ne gèrent que le chargement/déchargement, tandis que le système positionne automatiquement les ROI, ajuste les angles/contraste et génère des images. L'évaluation finale reste manuelle, ce qui les rend adaptés à l'échantillonnage périodique dans la production à haut volume.

Ces solutions à haute automatisation s'intègrent parfaitement aux lignes de production. Les circuits imprimés subissent une alimentation, une inspection, une évaluation et une sortie automatiques, tous les résultats étant stockés dans des bases de données. Permettant un contrôle qualité à 100 %, les systèmes intégrés s'avèrent essentiels pour les industries sensibles à la sécurité telles que la technologie médicale et l'électronique automobile.

Tous les systèmes de rayons X industriels comprennent trois composants principaux : un tube à rayons X, un détecteur et une platine d'échantillons/convoyeur. Le tube à rayons X (positionné au-dessus ou en dessous) émet des radiations à travers l'échantillon vers le détecteur opposé. Les variations de densité des matériaux créent des contrastes de niveaux de gris : les zones denses apparaissent plus sombres car elles absorbent plus de radiations, tandis que les zones moins denses apparaissent plus claires.

Utilisant des radiations perpendiculaires, l'imagerie 2D a du mal avec les structures superposées dans les circuits imprimés double face. Même les cartes simple face peuvent manquer des défauts tels que les soudures froides en raison de caractéristiques superposées. À mesure que les composants rétrécissent et que la complexité augmente, l'importance de la 2D diminue tandis que la 2.5D devient essentielle.

Les vues obliques à angle réglable permettent une détection efficace des défauts de soudure cachés dans les BGA et les composants traversants, surmontant les limitations de la 2D.

En faisant tourner les échantillons à 360° pendant l'imagerie, un logiciel spécialisé reconstruit des modèles 3D complets à partir de centaines d'images 2D. Cela permet une analyse numérique en coupe transversale, nécessitant généralement une image par degré de rotation (360 images au total), la quantité d'acquisition ayant un impact direct sur le temps de cycle.

Sans entretien avec des filaments non remplaçables, ils offrent une durée de vie de 6 000 à 10 000 heures dans des environnements scellés sous vide, atteignant une résolution au niveau du micron.

Dotés de filaments remplaçables (nécessitant un entretien toutes les 300 à 1 000 heures) et de pompes à vide externes, ils atteignent une résolution nanométrique grâce à une focalisation précise du faisceau.

Une pénétration optimale nécessite d'ajuster la tension/puissance en fonction de la densité du matériau. Des tensions plus basses conviennent à l'aluminium, tandis que des tensions plus élevées pénètrent des matériaux plus denses comme le fer ou l'or. Une tension excessive peut sur-pénétrer des détails fins comme les fils de liaison, tandis qu'une tension insuffisante laisse les images sous-exposées.

Les détecteurs à écran plat dominent désormais le marché, remplaçant les anciens intensificateurs d'image en fournissant des images à haut contraste même à basse tension, bien que certains fabricants utilisent des alternatives propriétaires.

Les réglementations telles que l'ordonnance allemande sur la protection contre les radiations imposent un blindage complet, des circuits d'arrêt d'alimentation indépendants et des limites d'exposition maximales (3 µSv/heure à 0,1 m des surfaces accessibles). Tous les systèmes nécessitent une certification indépendante avant leur mise en service.