X-quang

Kiểm Tra Tia X Tự Động Là Gì?
Kiểm tra mạch in bằng tia X, còn được gọi là kiểm tra tự động bằng tia X, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, từ y tế đến sản xuất hàng không vũ trụ, nhằm phát hiện các lỗi sản xuất. Phương pháp này đặc biệt phổ biến trong kiểm tra PCB vì tia X cung cấp một cách thức tuyệt vời để đánh giá chất lượng PCB và phát hiện các khuyết tật ẩn mà không làm hư hại bảng mạch.
Khi thiết bị điện tử ngày càng nhỏ gọn và phức tạp hơn, với các linh kiện như BGAs và QFNs che giấu các mối hàn bên dưới vỏ bọc, việc kiểm tra bằng tia X tự động đã trở thành công cụ không thể thiếu trong quy trình lắp ráp.

Ưu Điểm Chính So Với AOI

Các Tình Huống Ứng Dụng Chính Trong Sản Xuất PCB/PCBA

Kiểm Tra Sau Khi Hàn Đối Với Các Thành Phần Ẩn
Trường hợp sử dụng phổ biến nhất—kiểm tra các mối hàn của BGA, QFN, CSP và các linh kiện kiểu flip-chip nơi các kết nối hàn nằm dưới thân linh kiện và không thể tiếp cận được bởi AOI.

Kiểm Tra Ngành Cao Độ Tin Cậy
Bắt buộc đối với điện tử ô tô, hàng không vũ trụ, y tế và quân sự. Ví dụ, AXI xác minh các khoảng trống hàn BGA trong ECU ô tô (đáp ứng tiêu chuẩn IATF 16949) và đảm bảo không có lỗi trên PCBA thiết bị y tế (tuân thủ ISO 13485).

Kiểm Tra Bên Trong PCB Nhiều Lớp
Phát hiện các khuyết tật bên trong như mạch nối tắt giữa các lớp, lệch lỗ thông, và vị trí đường mạch đồng không đúng trên các PCB nhiều lớp phức tạp.

Phân tích thất bại
Được sử dụng trong phân tích gốc nguyên nhân đối với PCBA bị hỏng ngoài thực tế nhằm xác định các khuyết tật ẩn mà kiểm tra bằng mắt thường không thể phát hiện.

2D AXI so với 3D AXI
Tương tự như AOI, AXI được phân thành hai loại dựa trên khả năng hình ảnh:
· 2D AXI: Chụp một hình ảnh X-quang phẳng duy nhất, phù hợp cho kiểm tra cơ bản các PCB mật độ thấp. Chi phí thấp nhưng có thể xuất hiện các hiện tượng chồng ảnh.
· 3D AXI (Chụp cắt lớp X-quang): Sử dụng chụp cắt lớp tính toán để tạo ra hình ảnh 3D từng lớp của PCBA. Loại bỏ các hiện tượng chồng lấn và cho phép đo chính xác thể tích mối hàn/tỷ lệ rỗ khí—lý tưởng cho các thiết bị điện tử mật độ cao, độ chính xác cao.

Một hệ thống kiểm tra bằng tia X (thường được gọi là Kiểm tra tự động bằng tia X, AXI) là công nghệ kiểm tra không phá hủy (NDT), có khả năng xuyên qua các cụm bảng mạch in (PCB/PCBA) để phát hiện các lỗi bên trong ẩn. Khác với AOI (chỉ ghi nhận hình ảnh bề mặt), AXI tận dụng khả năng xuyên thấu của bức xạ tia X qua các vật liệu có mật độ khác nhau, khiến nó trở thành tiêu chuẩn vàng trong việc kiểm tra các linh kiện kín như BGA, QFN và chip đảo (flip chip).
Quy trình hoạt động của một hệ thống kiểm tra bằng tia X có thể được chia thành 5 bước tuần tự cốt lõi:

Bước 1: Hiệu chuẩn hệ thống & Thiết lập tham chiếu
Trước khi kiểm tra, hệ thống được cấu hình để phù hợp với các thông số thiết kế của PCBA:
· Nhập dữ liệu tham chiếu: Tải tệp CAD của PCB hoặc hình ảnh mẫu chuẩn (PCBA không lỗi) để thiết lập tiêu chuẩn cho hình dạng, thể tích mối hàn và vị trí linh kiện chấp nhận được.
· Điều chỉnh thông số tia X: Tinh chỉnh liều tia X, điện áp và dòng điện dựa trên độ dày của PCBA và mật độ linh kiện. Các bo mạch dày hơn hoặc linh kiện dày đặc hơn yêu cầu điện áp cao hơn để đảm bảo độ xuyên thấu đầy đủ.
· Thiết lập ngưỡng dung sai lỗi: Xác định các phạm vi chấp nhận đối với các lỗi như kích thước khoảng rỗng trong mối hàn hay độ lệch của bóng hàn để tránh cảnh báo sai.

Bước 2: Phát xạ và xuyên thấu tia X
Lõi của hệ thống là bộ phát tia X, phát ra một chùm tia X liều thấp được kiểm soát hướng về phía PCBA đang được kiểm tra:
PCBA được đặt trên băng tải chính xác hoặc bàn cố định, đảm bảo vị trí ổn định trong suốt quá trình quét.
Tia X đi xuyên qua PCBA. Các vật liệu hấp thụ tia X khác nhau tùy theo mật độ:
· Vật liệu mật độ cao: Hấp thụ nhiều tia X hơn, xuất hiện dưới dạng vùng tối trong hình ảnh cuối cùng.
· Vật liệu mật độ thấp: Hấp thụ ít tia X hơn, xuất hiện dưới dạng các vùng sáng trong hình ảnh cuối cùng.
Đối với các hệ thống AXI 3D, PCBA hoặc nguồn tia X quay ở nhiều góc độ để thu thập dữ liệu xuyên thấu theo nhiều hướng.

Bước 3: Chụp ảnh & Chuyển đổi tín hiệu
Một bộ dò tia X độ nhạy cao (được đặt ở phía đối diện với nguồn tia X) thu nhận các tín hiệu tia X đã suy giảm sau khi đi qua PCBA:
Bộ dò chuyển đổi năng lượng tia X thành các tín hiệu điện, sau đó được dịch thành hình ảnh xám kỹ thuật số.
· Đối với AXI 2D: Một hình ảnh phẳng đơn được tạo ra, hiển thị cấu trúc bên trong chồng lấn của PCBA.
· Đối với AXI 3D (chụp cắt lớp tia X): Nhiều hình ảnh 2D từ các góc độ khác nhau được ghép nối với nhau bằng các thuật toán tái tạo để tạo thành mô hình 3D từng lớp của PCBA—loại bỏ sự chồng lấn hình ảnh và cho phép xem các mặt cắt ngang.

Bước 4: Phân tích hình ảnh & Phát hiện lỗi
Đây là lõi trí tuệ của hệ thống, nơi các thuật toán phần mềm phân tích hình ảnh đã chụp so với mẫu tham chiếu được thiết lập trước:
· Phân tích AXI 2D: So sánh sự phân bố độ xám của hình ảnh PCBA với mẫu chuẩn. Các bất thường như vết tối (thiếu hụt thiếc) hoặc điểm sáng sẽ được đánh dấu là các lỗi tiềm ẩn.
· Phân tích AXI 3D: Sử dụng mô hình 3D để đo đạc kích thước chính xác. Hệ thống có thể phân biệt giữa các biến thể nhỏ và các lỗi nghiêm trọng.
· Phân loại lỗi: Hệ thống sắp xếp các lỗi theo mức độ nghiêm trọng:
Nghiêm trọng: Cầu nối thiếc giữa các chân BGA, các khoảng rỗng lớn, thiếu bi thiếc.
Chính: Lệch nhẹ bi thiếc, các khoảng rỗng nhỏ.
Phụ: Vấn đề về mặt thẩm mỹ không ảnh hưởng đến chức năng.

Bước 5: Xuất kết quả & Báo cáo hành động
Sau khi phân tích, hệ thống tạo ra các kết quả rõ ràng, có thể truy xuất được cho đội sản xuất:
· Trực quan hóa lỗi: Đánh dấu vị trí chính xác của các lỗi trên hình ảnh PCBA hoặc mô hình 3D để dễ dàng nhận diện.
· Báo cáo chi tiết: Tạo nhật chí với loại khuyết tật, vị trí, mức độ nghiêm trọng và trạng thái tuân thủ. Dữ liệu này được lưu trữ nhằm tối ưu hóa quá trình và truy vết chất lượng.
· Định tuyến sau kiểm tra: PCBA được tự động chuyển đến trạm sửa chữa để khắc phục khuyết tật, hoặc được chuyển sang giai đoạn sản xuất tiếp theo nếu không phát hiện khuyết tật.