Kernkomponenten einer PCB-Test-Röntgenmaschine

Röntgenmaschinen für PCB-Tests sind hochentwickelte Systeme, die aus mehreren integrierten Modulen bestehen, die zusammenarbeiten, um eine zerstörungsfreie interne Inspektion zu ermöglichen.

1. Röntgenstrahlenerzeugungsmodul (Röntgenquelle):Dies ist das Herzstück des Systems. Es verwendet eine Mikro- oder Nanofokus-Röntgenröhre (z. B. von Hamamatsu oder Nikon), um einen hochenergetischen, fein fokussierten Strahl zu erzeugen. Zu den Schlüsselelementen gehören eine Hochspannungsversorgung und Strahlkollimatoren. Moderne Systeme verfügen oft über geschlossene Röhren (versiegelt und wartungsfrei) mit einer Leistung von 90 kV bis 160 kV. Fortschrittliche Systeme bieten Funktionen wie konstante Intensitätsausgabe (TXI) für gleichbleibende Bildschärfe und stabile Brennfleckgröße, was sowohl für die Produktionsinspektion als auch für die CT-Scannung entscheidend ist.2. Bilderfassungs- und Detektionsmodul:

Dieses Modul erfasst die Röntgenstrahlen, die die Probe durchdringen. Es hat sich weitgehend von älteren Bildverstärkern zu digitalen Flachdetektoren (z. B. CMOS- oder CCD-Typen) entwickelt. Diese Detektoren bieten eine hohe Auflösung (z. B. 1536x1536 Pixel), eine tiefe 16-Bit-Graustufe für exzellenten Kontrast und hohe Bildraten. Einige innovative Designs halten den Detektor stationär und neigen ihn um bis zu 60° oder sogar 70°, um Winkelansichten zu erhalten, ohne die Vergrößerung zu beeinträchtigen oder große Probenbewegungen zu erfordern.3. Mechanisches Manipulations- und Positionierungsmodul:

Präzise Bewegung ist für eine genaue Inspektion unerlässlich. Dieses System umfasst einen hochpräzisen motorisierten Tisch (Tragfähigkeit bis zu 10 kg) mit mehreren Achsen (X, Y, Z, Drehung, Neigung), die oft von Linearmotoren angetrieben werden. Es ermöglicht die präzise Positionierung der Leiterplatte unter dem Strahl und ermöglicht komplexe Bewegungen für die CT-Scannung (360°-Drehung) und die Erfassung von Bildern aus verschiedenen Winkeln (z. B. bis zu 60° Neigung). Dies stellt sicher, dass es keine Inspektionsblindstellen gibt und ist der Schlüssel für die 3D-Rekonstruktion.4. Strahlungsabschirmungs- und Sicherheitsmodul:

Sicherheit steht an erster Stelle. Das System ist in einem bleigeschirmten Schrank mit Bleiglas-Sichtfenstern untergebracht. Es enthält Sicherheitsverriegelungsschalter, die die Stromversorgung der Röntgenröhre sofort unterbrechen, wenn eine Tür geöffnet wird, elektromagnetische Türschlösser, die das Öffnen während des Betriebs des Strahls verhindern, und Not-Aus-Tasten. Die Strahlungsleckage wird streng auf Werte unter 1 µSv/Stunde kontrolliert, was den internationalen Sicherheitsstandards entspricht.5. Datenverarbeitungs-, Analyse- und Softwaremodul:

Dies ist das "Gehirn" des Betriebs. Die Software steuert alle Hardwarekomponenten und führt kritische Bildverarbeitung und -analyse durch. Sie umfasst Funktionen zur Bildverbesserung (Anpassen von Kontrast, Helligkeit, Rauschunterdrückung), automatische Defekterkennung (ADR) unter Verwendung von Algorithmen oder KI zur Klassifizierung von Defekten und quantitative Messwerkzeuge (z. B. für den Hohlraumanteil, Stift-zu-Pad-Abstände, Hohlraumverhältnisse). Sie unterstützt die Programmspeicherung und den -abruf für die Chargeninspektion und integriert sich oft in Manufacturing Execution Systems (MES) für die Datenrückverfolgbarkeit und SPC.Primäre Verwendung und Anwendungen

PCB-Röntgenmaschinen sind für die Qualitätskontrolle und Fehleranalyse in der Elektronikfertigung unverzichtbar:

Lötstelleninspektion:

Dies ist die häufigste Anwendung. Sie ist entscheidend für die Untersuchung versteckter Lötverbindungen wie in Ball Grid Arrays (BGA), Chip-Scale Packages (CSP) und Quad Flat No-lead (QFN) Packages. Sie erkennt Defekte wie Brücken (Kurzschlüsse), Hohlräume/Kavitäten, unzureichendes Lot, Head-in-Pillow und kalte Lötstellen.PCB- und Baugruppenanalyse:

Wird verwendet, um die Qualität und den Füllprozentsatz von durchkontaktierten Bohrungen (PTH), die Integrität interner Leiterbahnen und die Ausrichtung der Schichten in Mehrlagenplatinen zu überprüfen.Komponenten- und Drahtbond-Inspektion:

Überprüft die Integrität interner Strukturen innerhalb von Komponenten, wie z. B. Die-Attach, Drahtbond (auf Brüche, Durchhängen oder fehlende Drähte) und interne Hohlräume.Fehleranalyse und Prozessoptimierung:

Bietet unschätzbare Einblicke für die Diagnose von Feldretouren und die Verfeinerung von Montageprozessen (z. B. Reflow-Profile, Schablonendesign), indem die Ursache von Defekten aufgedeckt wird.Abgedeckte Branchen:

Diese Systeme sind in der Unterhaltungselektronik, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Halbleiterverpackung von entscheidender Bedeutung, wo Zuverlässigkeit nicht verhandelbar ist.✅ Wichtige Vorteile

Die Einführung der Röntgeninspektion bietet erhebliche Vorteile gegenüber anderen Methoden:

Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP):

Ermöglicht eine gründliche interne Inspektion, ohne die teure Leiterplatte oder die Komponenten zu beschädigen, was ihr größter Vorteil ist.Unübertroffene Defekterkennung für versteckte Verbindungen: Es ist die einzige Methode, um Lötstellen wie BGAs quantitativ zu inspizieren, die nach der Montage nicht sichtbar sind.

Hohe Präzision und quantitative Analyse:

Bietet eine außergewöhnliche Auflösung (bis zu <1 µm mit Submikronquellen) und liefert präzise Messungen von Hohlraumanteilen, Lücken und anderen dimensionalen Parametern.Verbesserte Prozesskontrolle und Ausbeute:

Durch die frühzeitige Erkennung von Defekttrends im Produktionsprozess können Hersteller Korrekturen vornehmen, Ausschuss- und Nacharbeitskosten senken und die Gesamtausbeute deutlich verbessern.Umfassende Datenrückverfolgbarkeit:

Die Integration mit MES und die Möglichkeit, detaillierte Inspektionsberichte mit Bildern automatisch zu erstellen und zu speichern, unterstützen Qualitätsaudits und Ursachenanalysen.⚙️ Leistungskennzahlen und -fähigkeiten

Die Leistung eines Röntgeninspektionssystems kann anhand verschiedener technischer Parameter bewertet werden:

Auflösung und Vergrößerung:

Gemessen in Mikrometern (µm), definiert sie das kleinste erkennbare Merkmal. Systeme bieten geometrische Vergrößerung (z. B. 200X) und sogar höhere Systemvergrößerung (z. B. 1500X). Fortschrittliche Systeme erreichen Submikronauflösung.Inspektionsgeschwindigkeit und Durchsatz:

Dies ist für Produktionslinien entscheidend. Die Geschwindigkeit kann als "Zeit pro Inspektionspunkt" gemessen werden (z. B. bis zu 3 Sekunden/Punkt). Hochwertige Online-Automated X-ray Inspection (AXI)-Systeme sind für die Hochgeschwindigkeits-Inline-Inspektion in Massenproduktionsumgebungen konzipiert.Erweiterte Bildgebungsfunktionen:

Über die 2D-Bildgebung hinaus bieten moderne Systeme 2,5D (Schrägansichten für eine bessere Tiefenwahrnehmung), 3D-CT-Scannung (Querschnittsansichten und volumetrisches Rendering) und Techniken wie SFT (Slice Filter Technology) zur Analyse doppelseitiger Platinen ohne Demontage.Automatisierung und Benutzerfreundlichkeit:

Funktionen wie programmierbare Rezepte, automatische Navigation zu interessanten Punkten, Barcode-Lesegeräte zur Platinenidentifizierung und intuitive Softwareoberflächen reduzieren die Schulungszeit des Bedieners drastisch und minimieren menschliche Fehler.Multi-Tech-Fusion:

Die fortschrittlichsten Systeme können mehrere der oben genannten Techniken (2D, 2,5D, 3D-CT, SFT) in einer einzigen Plattform kombinieren, um die komplexesten Inspektionsherausforderungen zu bewältigen.Vergleich repräsentativer Systeme

Funktion / System

PCB-Test-Röntgenmaschinen sind leistungsstarke und unverzichtbare Werkzeuge, um die Qualität und Zuverlässigkeit moderner Elektronik zu gewährleisten. Sie funktionieren durch die präzise Integration einer Röntgenquelle, eines digitalen Detektors, eines Präzisionsmanipulators, einer robusten Sicherheitsabschirmung und intelligenter Software.

Ihre primäre Verwendung dreht sich um die zerstörungsfreie Inspektion versteckter Lötstellen und interner Strukturen. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören das Aufdecken von Defekten, die keine andere Methode erkennen kann, die Bereitstellung quantitativer Daten zur Prozessverbesserung und die Gewährleistung der Produktqualität in Branchen mit hoher Zuverlässigkeit.

Die Leistung entwickelt sich ständig weiter, wobei Trends auf eine stärkere Automatisierung (KI-gestützte Defekterkennung), höhere Geschwindigkeiten (insbesondere für Inline-AXI), höhere Auflösung für Komponenten mit feinerem Raster und die Erweiterung der 3D-CT-Fähigkeiten für die strengsten Analyseanforderungen hindeuten. Bei der Auswahl eines Systems ist ein sorgfältiger Ausgleich von Auflösung, Geschwindigkeit, Sichtfeld und den spezifischen Bildgebungstechnologien erforderlich, die für Ihre aktuellen und zukünftigen PCB-Designs benötigt werden.

Haftungsausschluss:

Die Spezifikationen können je nach Hersteller und Modell erheblich variieren. Es wird dringend empfohlen, sich direkt mit den Geräteanbietern in Verbindung zu setzen, um Ihre spezifischen Anwendungsanforderungen zu besprechen und Vorführungen mit Ihren eigenen Leiterplatten anzufordern.