【3D X-Ray CT】非破壞性立體斷層掃描分析PCBA不良

【3D X-Ray CT】立體斷層掃描技術應用於電子業介紹這兩年【3D X-Ray】商業應用變得越來越有看頭了,而且投入研發的廠商也越來越多,所以機台費用也就越來越便宜,但還不到親民的程度就是了。另外,擁有【3D X-Ray】的實驗室(Lab)也越來越多,工作熊接觸過的在台灣就至少有兩家實驗室有【3D X-Ray】。

【3D X-Ray】顧名思義就是具有可以使用X-Ray成像3D圖檔的能力,所以這項技術一般也稱為【CT(Computerize Tomography) Scan,電腦斷層掃描】,這名稱怎麼似曾相似,是的,這就跟我們在醫院經常聽到的【CT】(台語說「鑽隧道(磅空)」)用來做人體「電腦斷層掃描」是類似的儀器。

2D X-Ray的能力有限

相信大家都很清楚,現在一般普遍電子工廠內已經存在的【2D X-Ray】能做的事情非常有限,大概就是看看積體電路IC內的金線或銅線的「wire bond」有無斷線、斷頭,電路板的線路(trace)有無明顯的短路,以及BGA、QFN或LGA這類焊點藏在零件本體下方的零件有無焊接短路,再來就是檢查氣泡(bubble)、孔洞(void)的大小已有無超標…等現象。

而真正讓電子工廠製程傷腦筋的HIP(枕頭效應)NWO(Non-Wet-Open)、Crack…等不良現象難以用原來的【2D X-Ray】探查出來,雖然還是可以透過某些個人經驗使用【2D X-Ray】來判斷BGA有否空焊,但畢竟其能力真的非常有限。

3D X-Ray CT 的基本原理與優點

【3D X-Ray CT】基本上會以45°/60°傾斜角旋轉360°掃描樣品一圈,基本上掃描一張普通的3D的X-Ray圖片大概得花10~15分鐘來做事前的準備動作,然後花15~20分鐘掃描,然後再花5~10分鐘來組合一張3D圖,所以要做出一張3D的X-Ray圖片大概得花30分鐘。

也因為3D影像是透過軟體一層層將2D的影像合成3D圖,所以只要使用合適的軟體就可以對待測物體內部結構逐一切割及顯現不同深度的各層圖像,精確使用的話也可以將微小缺陷能更清晰地顯現出來,進而達到判別缺陷的目的。

所以現在的【3D X-Ray CT】基本上可以比之前的【2D X-Ray】做到更精細的X-Ray掃描並呈現出3D的立體影像結果,因此可以比較簡單的就檢查到BGA的HIP(枕頭效應)NWO(Non-Wet-Open)這兩個外觀比較明顯的焊接缺點,但如果是微裂紋(micro crack)則取決於我們對crack位置精度的掌握了

之所以這麼說是因為每一次的【3D X-Ray】掃描大概都得花費30分鐘左右的時間來完成一張立體圖,如果想看「微裂紋」還得提高掃描的解析度,也就是得將掃描的區域限制在一~四顆錫球左右的大小(視微裂紋縫隙大小而定),所以整體掃描下來可是很累人,也是時間的,如果是委外實驗室,這個費用可不便宜,掃描一張圖片大概得花NT15,000~NT30,000(不保證)不等。

3D X-Ray CT 的主要應用,可以幫我們做到什麼事

要了解【3D X-Ray CT】可以怎麼用就必須先了解X-Ray成像的特性基本上與被探查材料的下列三個特性有著極大的關係:

這個其實也很好理解,一般來說原子序越大的材料,表示其原子的組成就越大,X-Ray就越難以穿越,所以成像也就越黑,密度及厚度也都是類似的道理,因為X-Ray就是一種能量,阻礙越大就越不容易通過。

所以IC封裝中如果有孔洞、氣泡,因為黑膠與孔洞有著明顯的密度差異,所以可以很清楚的用X-Ray分辦出孔洞的位置,而IC封裝中的金線(金的原子序:79)、銅線(銅的原子序:29)也可以很明確的與矽晶片(矽的原子序:14)做出區別,但如果是COB打鋁線就很難與矽晶片做出區別了(鋁的原子序:13),因為兩者的原子序太過相近。

【3D X-Ray CT】的主要應用:

【3D X-Ray CT】的其他應用:

【3D X-Ray CT】的注意事項:

下圖為使用【3D X-Ray CT】掃描BGA封裝後指定觀察的側面錫球品質結果。
下圖為使用【3D X-Ray CT】掃描BGA封裝後指定觀察的側面錫球品質結果。

下圖為使用【3D X-Ray CT】掃描BGA封裝後指定觀察PCB面的錫球品質結果。
下圖為使用【3D X-Ray CT】掃描BGA封裝後指定觀察PCB面的錫球品質結果。

下圖為其他案例有錫球破裂(Crack)使用CT掃描後所呈現出來的樣貌。
CT_X-Ray_Ball_crack


延伸閱讀:
如何由X-Ray來判斷BGA有否空焊
BGA錫球焊接缺點的幾種檢查方法
AOI可以測哪些電路板組裝的缺點?
用2D的X-Ray實例演練檢查BGA空焊問題

訪客留言內容(Comments)

您網站提到國內有3d x-ray有兩家實驗室

搜尋有找到ㄧ家是宜特,請教另一家的廠商是哪家?

若能多知道幾家廠商,工作上就較容易找時間能配合上的廠商了

謝謝~~

張明勇,
已私下寄信給你。

您好,看到您對3d x ray 的介紹感覺獲益良多。
我們產品上也需要用到此產品,是否能介紹一下國內是哪兩家實驗室?有對外服務嗎?
謝謝!

Nadal,
搜尋引擎找【3D X-Xray 實驗室】就可以了。


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