La tecnologia di ispezione a raggi X è utilizzata nel processo di assemblaggio dei PCBA per testare tutto quanto non è visibile, è uno dei passaggi più importanti per gli assemblatori orientati alla qualità.
Negli ultimi anni, i package area array, tra cui BGA e QFN, flip chip e CSP, sono ampiamente utilizzati in tutti i tipi di campi come controllo industriale, comunicazioni, industria militare, aerospaziale.
Questi package hanno i giunti di saldatura nascosti sotto il corpo del componente, rendendo impossibile per i dispositivi di ispezione tradizionali svolgere il loro ruolo. A questo si aggiunge la complessità dei circuiti stampati, multilayer con fori interrati (buried via) o ciechi (blind via).
Inoltre, con la crescente miniaturizzazione in termini di pacchetti di componenti semiconduttori, mentre si considera il sistema di ispezione a raggi X, la tendenza della miniaturizzazione dei componenti sia presente che futura non può essere trascurata. Rispetto ad altri metodi di ispezione, i raggi X sono in grado di penetrare nel componente ispezionandone l’interno o attraversalo per ispezionare la qualità dei giunti di saldatura.
Tutti i materiali assorbono o lasciano passare la radiazione dei raggi X in modo diverso, in base alla loro densità, numero atomico e spessore. In generale, i materiali costituiti da elementi più pesanti assorbono più raggi X, mentre i materiali costituiti da elementi più leggeri sono più trasparenti ai raggi X.
Tutti i dispositivi di ispezione a raggi X sono composti di base da tre elementi:
- Tubo generatore dei raggi X.
- Una piattaforma motorizzata su cui è posizionato il campione; in grado di movimentare il campione sotto analisi lungo gli assi X, Y, Z, ruotarlo e inclinarlo.
- Un detector in grado di catturare i raggi X che attraversano il campione sotto analisi e convertirli in un'immagine comprensibile per gli operatori.
Per l'analisi di BGA e CSP è necessario poter inclinare i PCBA perché solo in questo modo è possibile ispezionare i bamp, diversamente visibili solo dall’alto perdendo le informazioni più dettagliate per l'analisi.
La scelta di Mar-ita
Il sistema X-Ray scelto da MAR-ITA è Yxlon Y. Cougar SMT, un sistema di ispezione a raggi X ad alta risoluzione. È concepita specificamente per le esigenze di controllo nell’industria elettronica e permette di ottimizzare la verifica della qualità attraverso prove non distruttive di tutto il materiale sottoposto ad esame. Le sue principali caratteristiche sono:
- Ispezione e ricerca di void, di cortocircuiti e di pin non saldati in aree a maggior criticità e complessità, in particolare nei giunti di saldatura di componenti complessi quali BGA, CSP, QFN, micro-BGA, LGA.
- Controllo dell’integrità del wire bonding all’interno dei circuiti integrati.
- Esame dei difetti su circuiti stampati.
- Verifica dell’integrità di componenti elettromeccanici, specialmente se incapsulati, come sensori, relè, fusibili di sicurezza, bobine.
- Controllo delle risalite della lega nei fori dei componenti PTH.
- Indagini comparative su componenti guasti, sospetti o contraffatti.
Controlli di produzione
Secondo lo standard IPC A-610vanno garantite la qualità delle saldature di BGA (Ball Grid Array) e QFN (Quad Flat No-Lead) durante il processo di saldatura a rifusione e il riempimento dei fori metallizzati a seguito di saldature di componenti a foro passante (con saldatura a onda, selettiva o pin-in-paste).
Come è noto, i terminali dei circuiti integrati come BGA non sono visibili e quindi non ispezionabili ad occhio nudo o con AOI, mentre quelli di un QFN risultano parzialmente visibili solo sul fianco del componente.
A tale scopo, l’ispezione a raggi X è utilizzata per verificare: cortocircuiti, void, posizione dei componenti, forma, qualità dei bump di saldatura dei BGA, presenza e integrità delle connessioni dei QFN e per garantire saldature affidabili e durature dei PCBA nel suo complesso.
Un’altra particolarità della visione X-ray è la capacità di verifica della risalita di lega all’interno dei fori metallizzati dei componenti PTH, utile anche dove sia possibile l’ispezione visiva sul lato saldatura. La macchina permette di misurare in modo preciso la percentuale di risalita secondo quanto prescritto dallo standard internazionale IPC.
Servizio di verifica della qualità dei componenti
Oggi come non mai, è fondamentale avere la certezza della qualità e dell’originalità dei componenti acquistati, in quanto sono disponibili diversi canali di vendita al di fuori di quelli ufficiali. Componenti apparentemente originali, possono in realtà presentare difetti intrinseci, di architettura o di scarsa qualità dei materiali costituenti, (classico l’esempio dei componenti contraffatti).
Mar-Ita si è specializzata nell’ispezione e nelle indagini volte ad esaminare la bontà e l’originalità di componenti attivi e passivi, come ad esempio circuiti integrati di qualsiasi tipo, microcontrollori, transistor, led, condensatori elettrolitici ecc...
Attraverso la comparazione tra un componente originale e sicuramente funzionante ed un componente sospetto perché acquistato attraverso canali non ufficiali, è possibile evidenziare problemi di architettura interna, difetti nella realizzazione dei wire bonding o del chip di silicio o altre stranezze di fabbricazione.
Laminografia digitale computerizzata
La laminografia digitale computerizzata (CL) è un metodo per la generazione di immagini 3D effettuata mediante l’utilizzo dei raggi X. Unisce la tecnologia dei raggi-X con l’elaborazione digitale delle immagini per fornire un’analisi dettagliata e tridimensionale della struttura interna di un oggetto.
Con la laminografia digitale computerizzata si possono produrre delle immagini "slice" di oggetti con una semplice traslazione lineare dell'oggetto rispetto al sistema tubo-rivelatore. A differenza delle nuove tecniche di tomografia assiale computerizzata (TAC), la laminografia può individuare e visualizzare l'immagine di un determinato piano dell’oggetto sotto analisi, ottenuta effettuando una sola scansione. In tal modo è possibile determinare difetti nei componenti elettronici difficilmente individuabili dalla sola osservazione con X-ray.
Riflessione sul processo di saldatura SMT
Al paragrafo 8.5.1 la norma UNI EN ISO 9001:2015 prescrive la validazione e la periodica ri-validazione della capacità di conseguire i risultati pianificati dei processi di produzione quando essi non possono essere verificati tramite successivi monitoraggi o misurazioni, cioè di quei processi che prima dell’avvento delle norme di gestione per la qualità Vision 2000 (9001:2000) erano definiti processi speciali.
Si definisce “processo speciale” di fabbricazione quella lavorazione i cui risultati non possono essere completamente accertati mediante successivi controlli, prove e collaudi non distruttivi sul prodotto e/o quando le caratteristiche del prodotto, conformi o non conformi al progetto, generate dal processo possono emergere soltanto durante l’uso del prodotto stesso.
Per soddisfare quanto richiesto punto della norma ISO 9001 citato, Mar-Ita utilizza il sistema di ispezione X-ray, che permette di accertare attraverso test ripetibili e documentabili i risultati e la validità del processo di saldatura di tutti quei componenti non ispezionabili attraverso attrezzature convenzionali come visori, microscopi o AOI (Automatic Optical Inspection). Il tutto congiuntamente col rispetto dello standard internazionale IPC-A-610.
IPC-A-610 è il riferimento in assoluto più utilizzato per definire i criteri di accettabilità per le tre classi degli assemblati elettronici; è costituito da un insieme di requisiti relativi ai fissaggi meccanici ed alle connessioni saldate in tecnologia sia PTH che SMT. Ha come obiettivo principale quello di fornire gli strumenti per valutare in maniera oggettiva l’accettabilità o la non accettabilità degli assemblati elettronici. IPC è inoltre il principale ente di formare e di certificare del personale preposto ad applicare in maniera corretta gli standard.
In un momento in cui la spinta alla miniaturizzazione dei dispositivi elettronici è elevata così come la richiesta della massima qualità ed affidabilità degli apparati, le aziende elettroniche non si possono più permettere di avere processi produttivi “fuori controllo”. Per questo motivo, alle imprese è richiesta una dotazione tecnologica che consenta un’analisi qualitativa di alto livello.
Tuttavia, uno strumento, un sistema o un’attrezzatura non può rendere al meglio se non è coadiuvata da personale capace di comprendere e contestualizzarne i risultati. È questa la ragione che ha portato Mar-ita ad investire anche nella formazione certificata del personale, perché a fronte di standard riconosciuti a livello internazionale e orientati al miglioramento della qualità, possa operare nel migliore dei modi nella realizzazione del prodotto.
