RÖNTGEN

Was ist automatisierte Röntgeninspektion?

Die Röntgeninspektion von Leiterplatten, auch bekannt als automatisierte Röntgeninspektion, wird in verschiedenen Branchen – von der Medizintechnik bis zur Luft- und Raumfahrt – zur Identifizierung von Produktionsfehlern eingesetzt. Sie ist besonders verbreitet bei der Leiterplatteninspektion, da Röntgenstrahlen eine hervorragende Methode darstellen, um die Qualität von Leiterplatten zu prüfen und verborgene Fehler zu erkennen, ohne die Leiterplatte zu beschädigen.
Da Elektronik immer kleiner und komplexer wird und Bauteile wie BGAs und QFNs die Lötverbindungen unter Gehäusen verbergen, hat die automatisierte Röntgeninspektion zu einem unverzichtbaren Werkzeug im Montageprozess geworden.

Wesentliche Vorteile gegenüber AOI

Wichtige Anwendungsszenarien in der PCB/PCBA-Produktion

Inspektion nach Reflow-Lötung für verdeckte Bauteile
Der häufigste Anwendungsfall – Inspektion der Lötverbindungen von BGA, QFN, CSP und Flip-Chip-Bauteilen, bei denen die Lötanschlüsse unter dem Bauteilkörper liegen und für AOI nicht zugänglich sind.

Industrieprüfung mit hoher Zuverlässigkeit
Obligatorisch für die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Militärelektronik. AXI überprüft beispielsweise Lötfehlstellen bei BGAs in automobilen Steuergeräten (gemäß IATF 16949) und stellt eine fehlerfreie Fertigung von medizinischen PCBA sicher (gemäß ISO 13485).

Inspektion von mehrschichtigen Leiterplatten im Inneren
Erkennt interne Fehler wie Zwischenlagen-Kurzschlüsse, Via-Verkantung und falsche Kupferbahnplatzierung in komplexen mehrschichtigen Leiterplatten.

Ausfallanalyse
Wird bei der Ursachenanalyse von ausgefallenen Leiterplattenbaugruppen aus dem Feldbetrieb eingesetzt, um versteckte Fehler zu identifizieren, die bei visueller Inspektion nicht sichtbar sind.

2D-AXI vs. 3D-AXI
Ähnlich der AOI wird AXI basierend auf der Bildgebungsfähigkeit in zwei Typen unterteilt:
· 2D-AXI: Erzeugt ein einzelnes planares Röntgenbild, geeignet für die grundlegende Inspektion von geringer dichter Leiterplatten. Kostengünstig, kann aber Überlagerungsartefakte aufweisen.
· 3D AXI (Röntgen-Tomographie): Verwendet die Computertomographie, um geschichtete 3D-Bilder der Leiterplatte (PCBA) zu erzeugen. Beseitigt Überlappungsartefakte und ermöglicht die präzise Messung des Lötverbindungs-Volumens/Leerraumverhältnisses – ideal für hochdichte, hochpräzise Elektronik.

Ein Röntgeninspektionssystem (häufig als Automatisierte Röntgeninspektion, AXI, bezeichnet) ist eine zerstörungsfreie Prüftechnologie (NDT), die Leiterplatten-/Leiterplattenbaugruppen (PCB/PCBA) durchdringt, um verborgene innere Fehler zu erkennen. Im Gegensatz zur AOI (die nur Oberflächenbilder erfasst) nutzt AXI die Fähigkeit der Röntgenstrahlung, Materialien unterschiedlicher Dichte zu durchdringen, wodurch es zum Goldstandard für die Inspektion von eingekapselten Bauteilen wie BGA, QFN und Flip-Chips wird.
Der Arbeitsprozess eines Röntgeninspektionssystems lässt sich in 5 zentrale, aufeinanderfolgende Schritte unterteilen:

Schritt 1: Systemkalibrierung und Referenzeinrichtung
Vor der Inspektion wird das System an die Konstruktionsvorgaben der Leiterplatte (PCBA) angepasst:
· Import von Referenzdaten: Laden Sie die CAD-Datei der Leiterplatte oder ein Bild einer Referenzbaugruppe (fehlerfreie PCBA) hoch, um den Sollzustand für die Lotverbindungsgestalt, -volumen und Bauteilpositionierung festzulegen.
· Einstellung der Röntgenparameter: Feinjustieren Sie Dosis, Spannung und Strom des Röntgenstrahls entsprechend der Dicke der PCBA und der Bauteildichte. Dickere Platinen oder dichtere Bauteile erfordern eine höhere Spannung, um eine ausreichende Durchdringung sicherzustellen.
· Festlegen der Fehlertoleranzschwellen: Definieren Sie akzeptable Toleranzen für Fehler wie Lötvoidgröße oder Lotkugelverschiebung, um Fehlalarme zu vermeiden.

Schritt 2: Röntgenemission und Durchdringung
Das Herzstück des Systems ist der Röntgengenerator, der einen kontrollierten Strahl niederenergetischer Röntgenstrahlen auf die zu prüfende PCBA abgibt:
Die PCBA wird auf einen hochpräzisen Förderer oder eine Positionierplattform gestellt, um eine stabile Lage während des Scans zu gewährleisten.
Röntgenstrahlen durchdringen die PCBA. Materialien absorbieren Röntgenstrahlen unterschiedlich je nach ihrer Dichte:
· Materialien mit hoher Dichte: Absorbieren mehr Röntgenstrahlen und erscheinen als dunkle Bereiche im Endbild.
· Niedrigdichte Materialien: Absorbieren weniger Röntgenstrahlen und erscheinen als helle Bereiche im Endbild.
Bei 3D-AXI-Systemen dreht sich die Leiterplatte oder die Röntgenquelle unter mehreren Winkeln, um mehrdimensionale Durchdringungsdaten zu erfassen.

Schritt 3: Bildaufnahme und Signalumwandlung
Ein hochsensibler Röntgendetektor (auf der gegenüberliegenden Seite der Röntgenquelle) fängt die abgeschwächten Röntgensignale auf, nachdem sie die Leiterplatte durchdrungen haben:
Der Detektor wandelt die Röntgenenergie in elektrische Signale um, die anschließend in digitale Graustufenbilder umgewandelt werden.
· Bei 2D-AXI: Es wird ein einzelnes flaches Bild erzeugt, das die überlappenden inneren Strukturen der Leiterplatte zeigt.
· Bei 3D-AXI (Röntgentomographie): Mehrere 2D-Bilder aus verschiedenen Blickwinkeln werden mithilfe von Rekonstruktionsalgorithmen zu einem geschichteten 3D-Modell der Leiterplatte zusammengefügt – wodurch Bildüberlappungen vermieden und Querschnittsansichten ermöglicht werden.

Schritt 4: Bildanalyse und Fehlererkennung
Dies ist der intelligente Kern des Systems, wo Software-Algorithmen die erfassten Bilder mit dem voreingestellten Referenzbild vergleichen:
· 2D AXI-Analyse: Vergleicht die Grauwertverteilung des PCBA-Bilds mit der Referenzprobe. Anomalien wie dunkle Stellen (übermäßiger Lot) oder helle Stellen werden als potenzielle Fehler markiert.
· 3D AXI-Analyse: Nutzt das 3D-Modell, um präzise Abmessungen zu messen. Es kann zwischen geringfügigen Abweichungen und kritischen Fehlern unterscheiden.
· Fehlerklassifizierung: Das System sortiert Fehler nach Schweregrad:
Kritisch: Lotbrücken zwischen BGA-Stiften, große Hohlräume, fehlende Lotkugeln.
Wesentlich: Geringe Verschiebung der Lotkugeln, kleine Hohlräume.
Geringfügig: Optische Mängel ohne Auswirkung auf die Funktionalität.

Schritt 5: Ergebnisausgabe und handlungsorientierter Bericht
Nach der Analyse generiert das System klare, nachvollziehbare Ergebnisse für die Produktionsteams:
· Fehlervisualisierung: Markiert die genaue Position von Fehlern auf dem PCBA-Bild oder 3D-Modell zur einfachen Identifizierung.
· Detailliertes Berichtswesen: Erstellt Protokolle mit Angaben zum Defekttyp, Standort, Schweregrad und Compliance-Status. Diese Daten werden zur Prozessoptimierung und Qualitätsnachverfolgbarkeit gespeichert.
· Nachinspektionsrouting: Die Leiterplatte wird automatisch zur Reparaturstation geleitet, um Defekte zu beheben, oder zur nächsten Produktionsstufe weitergeleitet, falls keine Defekte festgestellt werden.