제품소개
GÖPEL 자동 3D X-Ray 검사기 (AXI)
전자 어셈블리의 자동 X-Ray 검사
X Line-3D 는 인쇄 회로 기판 대량 생산 시 고급 검사를 위한 인라인 AXI 시스템 입니다 . 이는 높은 테스트 속도로 복잡하고 고품질 어셈블리의 품질 보증에 사용됩니다.
3 차원 X-Ray 검사는 연속 공정 내에서 PCB의 상단과 하단을 모두 캡처합니다. X선 검사(AXI)와 AOI 모듈을 결합하면 X선 단독(AXOI)으로는 불가능했던 검사 작업도 수행할 수 있습니다. 이 시스템은 다양한 속도 구성으로 제공되며 두 가지 서로 다른 이미지 획득 개념을 통해 고객별 테스트 전략에 맞게 조정할 수 있습니다.
숨겨진 내용을 조사하여 결함 감지
AOI 시스템은 어셈블리의 가시적인 품질 특징을 검사합니다. 그러나 여기에는 한계가 있습니다. 인간의 눈에 숨겨진 것은 AOI로도 광학적으로 검사할 수 없습니다. BGA, CSP, 플립칩 또는 QFN과 같이 표면 실장 연결이 있는 구성 요소의 솔더 조인트는 종종 숨겨져 있습니다. 어떤 경우에는 거의 모든 세 번째 솔더 조인트가 숨겨져 있습니다. 그러나 전자 어셈블리의 신뢰성은 이러한 솔더 조인트의 품질에 크게 좌우됩니다. X-Ray 검사를 통해 어셈블리 내부를 관찰할 수 있으며 납땜 접합 불량으로 인한 고장을 크게 최소화할 수 있습니다 .
기술
X선 소스는 X선 이미지 검출기 반대편에 배치되어 X선을 생성합니다. 빛과 유사한 전자기파입니다. 그러나 훨씬 더 짧은 파장을 사용하면 물질을 관통할 수 있습니다. 물체가 관통되면 X선의 일부가 흡수됩니다. 침투되는 물체의 면적이 조밀할수록 더 많이 흡수됩니다. 검출기는 방사선을 포착하여 강도에 따라 다양한 회색 음영으로 표시합니다. 철이나 납과 같이 밀도가 높거나 두꺼운 재료와 영역은 일반적으로 디지털 X선 이미지에서 더 어둡게 나타납니다. 예를 들어 플라스틱, 종이 또는 공기와 같은 재료가 더 얇고 밀도가 낮은 영역은 더 밝게 보입니다. 이를 통해 친숙한 X선 이미지가 생성되며 이를 표시하고 디지털 방식으로 처리하고 평가할 수 있습니다.
전자 어셈블리 또는 부품의 자동 X선 검사에서 UUT는 방사선 차단 하우징에 있는 원뿔 모양 X선 빔에 의해 투과조명됩니다. 확대된 X선 이미지는 아래의 검출기에 기록됩니다. X-Ray 검사 시스템은 생산 라인의 일부(인라인)로 사용하거나 별도로 설치된 검사 아일랜드(오프라인)로 사용할 수 있습니다. 두 경우 모두 테스트 대상은 벨트 모듈을 통해 공급되고 검사 후 추가로 운반됩니다. 완전 자동 X-Ray 프로세스의 지속 시간은 생산 라인의 사이클 시간에 결정적인 영향을 미칩니다. 인라인 절차는 대량 생산에 자주 사용됩니다. 프로토타입 분석의 경우, 소량 또는 무작위 샘플로 제한되는 경우 X-Ray 검사 시스템은 수동 시스템으로도 사용됩니다. 이 경우 기계는 수동으로 로드 및 언로드되며 생산 라인에서 분리됩니다.
수동 및 자동 X-Ray 검사
수동 X-Ray 시스템, 소위 MXI(수동 X-Ray 검사)는 위에서 언급한 오프라인 X-Ray 시스템과 다릅니다. 이는 생산 라인에 통합할 가능성을 제공하지 않으며 숨겨진 솔더 조인트를 무작위로 검사하는 데만 사용됩니다. X-Ray 세계에 비교적 저렴한 가격으로 진입할 수 있으며 생산 시작 및 프로토타입 분석에 사용할 수 있습니다. MXI 시스템은 매우 세밀한 고해상도 X선 이미지를 생성할 수 있습니다. 현미경과 마찬가지로 사용자는 수동으로 어셈블리를 시스템에 삽입하고 X선 이미지 체인과 UUT의 자유로운 움직임을 통해 “이상적인 X선 이미지”를 생성할 수 있습니다. 이러한 시스템의 단점은 수동 로딩 및 분석입니다. 제조된 모든 어셈블리를 100% 검사하는 것은 일반적으로 사이클 시간으로 인해 불가능합니다. 또한, 인적 요인으로 인해 이미지에 대해 항상 동일한 평가가 제공되지는 않습니다. 검사자의 경험과 지식 수준에 따라 동일한 이미지도 다르게 해석될 수 있습니다. 또한 결과와 측정된 값을 자동으로 기록하고 보관하는 것은 일반적으로 불가능합니다.
소위 AXI(Automated X-ray Inspection)라고 불리는 자동화된 X-Ray 시스템이 진가를 발휘하는 곳이 바로 여기입니다. X선 이미지의 해상도가 약간 낮고 세부 수준이 낮은 AXI 시스템을 사용하면 어셈블리의 완전 자동 로딩, 검사, 평가 및 결과 기록이 가능합니다. 요구 사항에 따라 일반적으로 두 가지 기본 검사 전략이 사용됩니다. 한편으로는 SO-IC와 같은 SMD 부품의 숨겨진 솔더 조인트와 눈에 보이는 솔더 조인트 등 모든 부품과 솔더 조인트에 대한 전체 표면 X선 검사가 필요합니다. 다른 경우에는 선택된 숨겨진 솔더 조인트만 X-Ray로 검사해야 합니다. 예를 들어 AOI 시스템은 나머지 솔더 조인트를 검사합니다. AOI 시스템과 유사하게 AXI 시스템은 이전에 매개변수화된 검사 프로그램과 함께 작동하여 이미지 처리 알고리즘으로 각 납땜 접합부를 검사합니다.
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일반적인 AXI 애플리케이션
X-Ray 시스템의 주요 임무는 숨겨진 솔더 조인트와 눈에 보이는 솔더 조인트 모두에서 솔더 결함을 감지하는 것입니다. 이러한 맥락에서 개방형, 희박, 기름기 있고 납땜되지 않은 솔더 조인트는 보이드, 유랑 솔더 볼 및 단락과 마찬가지로 일상 검사의 일부입니다. 최신 X-Ray 시스템에는 이러한 결함을 감지하기 위한 다양한 검사 기능이 있습니다. AOI 시스템과 유사하게 검사 프로그램은 CAD 데이터를 기반으로 생성되고 매개변수화됩니다. 예를 들어, BGA 검사에는 정렬 불량, 솔더 브리지, 솔더 조인트 직경, 헤드인필로우 연결 및 보이드 검사가 포함됩니다. QFN(Quad Flat No Leads Package) DFN(Dual Flat No Lead), QFP(Quad Flat Package) 및 LGA(Land Grid Array)와 같은 구성 요소에도 동일하게 적용됩니다. THT 솔더 조인트의 경우 X-Ray 검사를 통해 주석 침투를 확인할 수 있으며 보기 어려운 걸윙 핀에서 후면 솔더 미니스커스를 평가할 수 있습니다. DPAK/TO-252 패키지와 같은 대형 솔더 조인트뿐만 아니라 BGA 솔더 조인트에서도 공기 함유물(공극)을 감지하는 것이 특별한 작업입니다.
2D, 2.5D, 3D X선 기술
UUT의 수직 방사선 촬영은 2D X-ray로 알려져 있습니다. 그러나 최신 전자 어셈블리는 인쇄 회로 기판의 양면 어셈블리를 특징으로 하는 경우가 많습니다. X선 이미지에서 이들의 상호 중첩은 물론 비아, 본딩 와이어 및 도체 트랙과의 중첩으로 인해 검사가 어렵거나 불가능할 수도 있습니다. PCB를 통해 경사면을 촬영하는 경우 이를 2.5D X-ray 또는 경사 투영이라고 합니다. 예를 들어 경사 보기는 THT 솔더 조인트의 주석 침투를 평가하거나 BGA 볼의 연결을 확인하는 데 도움이 됩니다. 2.5D 기술을 사용하더라도 PCB를 양면에 조립하는 데에는 한계가 있습니다. 그러나 가장 신뢰할 수 있는 품질 평가는 3D 기술을 통해 이루어질 수 있습니다. 이를 통해 디지털 현미경 사진을 표시할 수 있습니다. 의료용 CT 시술과 유사하게 3D 재구성이 가능합니다. 예를 들어 어셈블리와 솔더 조인트를 통한 수평 및 수직 단면이 가능합니다. 3D X선 이미지는 항상 합성으로 생성된 이미지이며 다수의 경사 2.5D 이미지에서 생성됩니다. 디지털 영역 감지기(“평면 패널 감지기”)가 있는 AXI 시스템에서는 일반적으로 8-16개의 경사 이미지가 인라인 모드의 3D 이미지 계산에 사용됩니다. 이러한 이유로 3D AXI 시스템은 한 번의 이미지 수집으로만 작동하는 기존 2D/2.5D 장치보다 항상 느립니다. 양쪽에 어셈블리가 조립되어 있는 경우 3D 이미지 획득은 높은 수준의 광학 검사 범위를 확보할 수 있는 유일하고 신뢰할 수 있는 수단입니다. 이 기술을 사용하면 어셈블리 상단의 솔더 조인트를 어셈블리 하단의 솔더 조인트와 분리하여 서로 독립적으로 검사하고 평가할 수 있습니다.
감지기와 정지 및 이동 대 스캐닝 이미지 획득
아날로그 방사선 필름은 원래 탐지기로 사용되었습니다. 이는 전자 검사에도 사용하기 위해 CCD 카메라가 장착된 아날로그 X선 영상 증폭 장치로 대체되었습니다. 오늘날에는 높은 대비 해상도, 동적 범위 및 낮은 노이즈를 갖춘 디지털 감지기를 사용하는 것이 일반적입니다. 두 가지 유형의 감지기, 즉 CMOS 평면 패널 감지기와 스캐닝 TDI 라인 감지기가 구분됩니다. 평면 패널 감지기는 일반적으로 PCB의 개별 구성 요소만 2D, 2.5D 또는 3D로 검사해야 하는 경우에 사용됩니다. 평면 패널 검출기는 3D 이미지 획득과 관련하여 단점이 있습니다. 3D 이미지 재구성에 필요한 경사 방사선 이미지(소위 투영)는 정지 및 이동 절차를 사용하여 획득해야 합니다. 경사 투영을 획득하려면 항상 축 이동이 필요합니다. 가속 및 감속을 위한 이동 시간은 노출 시간에 비해 상당히 길어집니다. 결과적으로 다수의 부품을 3D로 검사하는 사이클 타임이 급격히 늘어납니다. 8개의 투영이 포함된 표준 3D 이미지 필드의 경우 약 3D입니다. 3~5초가 필요합니다. 그러나 배치 상황에 따라 더 많은 수의 경사 투영을 선택해야 하는 경우가 많습니다. 좋은 검사 깊이를 얻으려면 인라인 작업에서 최대 32개의 투영이 필요한 경우가 많습니다.
많은 구성요소를 짧은 주기 시간으로 3D로 검사해야 하는 경우 디지털 라인 검출기를 사용한 X선 이미징 스캐닝이 적합합니다. 이를 위해 GÖPEL electronic은 여러 가지 양방향 스캐닝 TDI 라인 감지기를 기반으로 자체 X선 감지기를 개발했습니다. MultiAngle Detector 버전 3은 2D 및 2.5D 이미지의 빠른 병렬 X선 이미지 획득을 제공합니다. 2.5D 이미지는 서로 다른 방향에서 동시에 획득됩니다. 3D 이미지를 계산하는 데 사용되는 2.5D 이미지 수는 소프트웨어에서 자유롭게 선택할 수 있습니다. 스캐닝 이미지 획득을 통해 많은 정지 축 이동 시간이 제거됩니다. 따라서 이미지 획득 시간을 상당히 단축할 수 있습니다. 이는 많은 구성 요소가 포함된 다중 사용을 3D로 검사할 때 특히 흥미롭습니다. 또 다른 장점은 더 넓은 시야(FOV)입니다.
부품 및 작업자의 방사선 노출
전자제품 제조 시 X선 시설은 X선 조례에 따른 완전 보호 장비 요건을 충족해야 합니다. 이를 위해 시설의 X선실은 납선을 댄 방사선 방호 부스로 둘러싸여 있습니다. 또한, 독립적인 안전 회로는 도어가 열릴 때 전류 흐름(따라서 내부 방사선)이 즉시 차단되도록 보장합니다. 설치 후 시설은 승인을 받아야 하며 교육을 받고 정기적으로 교육을 받고 훈련을 받은 직원에 의해서만 작동될 수 있습니다.
전자 부품 및 부품은 일반적으로 방사선량이 관찰되는 손상 값의 약 1/1000에 불과하므로 일반적으로 위험에 노출되지 않습니다. 시스템은 추가적으로 방사선량 자체를 제어할 수도 있습니다. GÖPEL electronic의 AXI 시스템은 여러 가지 조치를 통해 부품의 방사선량을 줄입니다. 한편으로는 영상화에 직접적으로 기여하지 않는 저에너지 방사선 구성 요소는 X선 소스 앞의 적절한 필터를 통해 감소됩니다. 둘째, 불필요한 조사를 피하기 위해 영상 획득 직후 X선 조사를 중단합니다. 시스템이 라인 검출기로 구성된 경우, 매우 짧은 노출 시간으로 빠른 스캐닝 이미지 획득 프로세스를 통해 빔 경로에서 UUT의 체류 시간이 최소화됩니다. 이는 구성요소에 대한 방사선량을 더욱 감소시킵니다.
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