Možnosti inspekce DPS pomocí 3D planární počítačové tomografie (pCT)

Dle nejnovějších trendů v designu DPS je patrné, že dochází k čím dál větší integraci součástek na desce. Doby, kdy se na trhu vyskytovaly DPS osazené pouze z jedné strany, jsou dnes již minulostí. Vyšší integrace a hustota osazení součástek klade daleko tvrdší požadavky na inspekční zařízení. Pro mnoho aplikací začíná optická kontrola narážet na hranice svých možností a do popředí se dostávají rentgenová zařízení (X-ray).

Technologie

Rentgenová zařízení nejsou v SMT průmyslu žádnou novinkou. Jedná se o velmi známou a ověřenou technologii. První X-ray průmyslové systémy nabízely možnost pouze 2D inspekce, což bylo značně limitující. Postupně byly doplněny možností natáčení detektoru nebo „kontrolovaného objektu“. Bohužel toto řešení není vhodné pro oboustranně osazené DPS.

Obr. 1 Porovnání rentgenových technologií

Postupem času se na trhu objevily další systémy pracující na principu laminografie a počítačové tomografie. Technologie rentgenového zařízení pracujícího na pricipu laminografie, někdy nazývané také jako „tomosyntéza“, je založena na trubici upevněné ve vertikální poloze, kontrolovaném objektu pohybujícím se v kartézském souřadnicovém systému X, Y a detektoru rotujícím pod kontrolovaným objektem o 360°. V případě klasické počítačové tomografie (CT) jsou trubice s detektorem fixovány a kontrolovaný objekt se otáčí o 360°. Jedná se o velmi dobrou metodu, při které lze získat vysoce kvalitní obraz. Má však jednu nevýhodu. Metoda je nevhodná pro inspekci DPS, protože ji nelze použít pro inspekci velkých plochých objektů. V pCT technologii je opět zafixována trubice, ale detektor společně s kontrolovaným objektem opisují soustředné kruhy. Z každého úhlového kroku je pořízen tzv. „off axis image“, který slouží jako vstupní informace pro rekonstrukci obrazu. Zpětná rekonstrukce je založena na sumarizaci jednotlivých obrazů z příslušných úhlových kroků. Výsledkem je 3D obraz, který lze procházet v izolovaných vrstvách „slice by slice“ bez vlivu okolí. Díky této unikátní technologii jsme schopni provádět inspekci jak na spodní, tak i na horní straně DPS zcela nezávisle.

Obr. 2 Oddělení horní a spodní strany DPS

Na obr. 2 je uveden příklad DPS s konektorem osazeným z obou stran. Bez oddělení jednotlivých stran by nezávislou inspekci každé strany zvlášť nebylo možné provést.

Rozpoznání defektu

Společnosti, které se rozhodnou investovat nemalou částku do rentgenového zařízení, očekávají, že pomocí této technologie budou schopny odhalovat skryté defekty. Pojďme se podívat trochu blíže na jeden z nejhůře odhalitelných defektů u BGA komponentů. Jedná se o „head in pillow“ (HiP).

Obr. 3 Porovnání mikrovýbrusů s 3D modelem

Na trhu existuje více zařízení se schopností tuto chybu detekovat a předat operátorovi informaci o tom, že něco není v pořádku. Nakonec je to ale právě operátor, který rozhoduje o tom, zda se jedná o reálnou, nebo falešnou chybu. Je proto vždy nezbytné rekonstruovat chybu v co nejlepší kvalitě. Díky unikátní pCT technologii a možnosti inspekce v jednotlivých vrstvách je SAKI schoné vykreslit reálný defekt ve 3D, pomocí kterého operátor defekt snadno a správně klasifikuje.

Aplikace

Jak už zde bylo zmíněno, pomocí pCT je možné odhalit všechny chyby, které se mohou během procesu SMT vyskytnout (zkraty, nadzdvihlé nožičky integrovaných obvodů, HiP, voidy v pájených spojích, nesmáčené vývody, posunuté komponenty a mnoho dalších). Technologie pCT je implementována do SAKI inline zařízení s názvem BF-X2. Díky stabilní rentgenové trubici s parametrem „spot size“ až 0,4 μm, detektorem s rozlišením 4 Mpx a 16bitovému zpracování obrazu je stroj schopný rekonstruovat 3D objekty s rozlišením 5 μm/voxel. Stroj je vhodný pro kontrolu planárních objektů, zvláště pak oboustranně osazených DPS, technologií mikrovia (LTH – laser through hole), IGBT výkonových tranzistorů a mnoha dalších.

Závěr

Je více než jasné, že planární počítačová tomografie (pCT) má velký potenciál stát se špičkou v oblasti X-ray inspekčních technologií v globálním měřítku. Je to technologie vhodná pro mnoho průmyslových společností zaměřených na „high-tech“ aplikace, které chtějí garantovat nejvyšší kvalitu.