الحياة السرية لمفصل اللحام

يمكن لمجموعة إلكترونية أن تغادر خط الإنتاج في حالة من الخداع التام. تمر بجميع الاختبارات الكهربائية، وتُوضع مكوناتها بدقة روبوتية، وللعين المجردة، فهي خالية من العيوب. ومع ذلك، في أعماق هيكلها، قد يتكون شرخ في وصلة اللحام، أو قد يكون هناك جيب من الغاز محاصر تحت معالج حرج، أو قد تكون هناك اتصال معلق على خيط. هذه هي العيوب الكامنة، القنابل الزمنية في تصنيع الإلكترونيات، وتمثل الخطر غير المرئي الذي يفرق بين إزعاج بسيط وفشل كارثي.

بالنسبة للأجهزة الاستهلاكية، يكون هذا الخطر مصدر إزعاج. أما بالنسبة لجهاز طبي، فالمخاطر مطلقة. مضخة تسريب تتوقف، منظم ضربات القلب يتعثر—هذه ليست نتائج مقبولة. إن الفلسفة الكاملة للتصنيع الطبي، التي تحكمها معيار IPC-A-610 من الفئة 3، مبنية على منع الفشل الذي لم يحدث بعد. يتطلب ذلك وسيلة لرؤية غير المرئي، للنظر وراء السطح وإلى العالم الهيكلي المخفي لوصلة اللحام نفسها. هذا هو المجال الفريد لفحص الأشعة السينية.

لغة الظلال والضوء

يعمل فحص الأشعة السينية على مبدأ البساطة الأنيقة. يمر شعاع من الإشعاع عبر لوحة الدائرة، ويقوم كاشف على الجانب الآخر بالتقاط ما يمر من خلاله. تمتص المعادن الثقيلة والكثيفة في اللحام—القصدير، الفضة، النحاس—هذه الطاقة، مما يخلق ظلًا داكنًا على الصورة الناتجة. مادة الألياف الزجاجية للوحة، أجسام المكونات البلاستيكية، والأهم من ذلك، أي هواء محصور داخل اللحام، أقل كثافة بكثير. تظهر كمناطق أكثر إشراقًا.

يخلق تفاعل الضوء والظل هذا لغة. يتعلم العين المدربة قراءتها ليس فقط للعيوب الواضحة ولكن للهجات الدقيقة لخطأ العملية. خيط مظلم غير مقصود من اللحام يتدفق بين لوحين هو قصر، وخطر واضح وفوري. لكن علامات أخرى أكثر دقة. كرة BGA المستديرة تمامًا التي تجلس بشكل نظيف جدًا فوق ترسيب اللحام، والحد الفاصل بينهما حاد وواضح، تتحدث عن عيب "رأس في الوسادة". هذا هو وصلة تبدو متصلة ولكنها لم تلتصق أبدًا بشكل حقيقي، رابطة هشة تنتظر الدورة الحرارية الأولى أو الاهتزاز لكسرها. تظهر الفراغات، وهي أكثر المناطق إشراقًا، كفقاعات غاز محاصرة داخل كتلة اللحام الداكنة، كل واحدة نقطة محتملة لضعف هيكلي أو حراري.

ما وراء التعريف المدرسي للعيب

بالطبع، لدى الصناعة معايير. قد تنص إرشادات IPC على أن الفراغ في كرة اللحام يجب ألا يتجاوز 25% من إجمالي مساحتها. يوفر ذلك قاعدة واضحة وقابلة للقياس، وخطًا بين النجاح والفشل. لكن في أرض المصنع، حيث يُنتج الآلاف من اللوحات، تكشف الخبرة أن مثل هذه القواعد ليست سوى بداية الحديث. الخطر الحقيقي للعيب هو وظيفة للسياق، شيء لا يمكن لنسبة بسيطة أن تلتقطه.

فكر في فراغ 20%. وفقًا للكتاب، يمر. لكن إذا كان ذلك الفراغ يقع مباشرة عند واجهة بين اللحام ولوحة المكون، فإنه يمكن أن يهدد سلامة الوصلة أكثر بكثير من فراغ 25% يطفو بأمان في مركز كتلة اللحام. وظيفة المكون تضيف طبقة أخرى من التعقيد. بالنسبة لطرف إشارة منخفضة السرعة على BGA كبير، قد يكون حتى الفراغ الكبير غير ذي أهمية وظيفية. ستعمل الاتصال. لكن بالنسبة للوحة حرارية مركزية لرقاقة إدارة الطاقة، فإن نفس نسبة الفراغ تمثل تهديدًا حرجًا. ذلك الفراغ ليس مجرد ضعف هيكلي؛ إنه حاجز لتبديد الحرارة، يخلق نقطة ساخنة ستطهو المكون ببطء حتى وفاته المبكرة. لا يقيس الفني المتمرس الفراغ فقط. بل يقيم إمكانيته لإحداث ضرر استنادًا إلى تقاطع حجمه، موقعه، وغرضه الإلكتروني.

اختيار العدسة المناسبة: من مسح شامل إلى تحليل جنائي

يتطلب هذا التحليل الأعمق اختيار استراتيجية فحص مناسبة، وهو قرار يوازن بين السرعة والتكلفة وقوة التشخيص. العامل الرئيسي في الصناعة هو الأشعة السينية ثنائية الأبعاد، التي توفر رؤية من الأعلى للوحة. إنها سريعة وفعالة بشكل ملحوظ في اكتشاف العيوب الأكثر وضوحًا مثل القصر والانفتالات. ومع ذلك، تظهر قيودها عند التعامل مع تجميعات معقدة ذات وجهين، حيث يتم تراكب الوصلات من الأعلى والأسفل في صورة واحدة غالبًا ما تكون مربكة. يمكن أن يُخفي العيب، أو الأسوأ، أن يخلق ظل مكون في الأسفل خدعة بصرية تبدو كعيب في الأعلى، وهو "ادعاء كاذب" يضيع الوقت والموارد.

هنا يصبح الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد، أو التصوير المقطعي الحاسوبي (CT)، ضروريًا. من خلال التقاط صور من زوايا متعددة، يعيد نظام ثلاثي الأبعاد بناء نموذج رقمي كامل للتجميع. يمكن للمشغل بعد ذلك أن يقسم عبر هذا النموذج بشكل افتراضي، معزولًا طبقة واحدة أو حتى وصلة لحام واحدة، مما يلغي تمامًا الضوضاء البصرية من الجانب الآخر. إنه أبطأ وأكثر تكلفة، لكنه يوفر الحقيقة غير المشروطة. إنه الطريقة الوحيدة لقياس حجم فراغ بدقة أو لتشخيص التوقيع الدقيق لعيب رأس في الوسادة. تمتد قوته أيضًا إلى تقنيات أقدم، مثل موصلات الثقوب المملوءة بالطلاء، حيث يمكنه إنشاء مقطع عرضي غير تدميري للتحقق من أن اللحام قد ملأ الأنبوب بشكل صحيح، مما يضمن القوة الميكانيكية المطلوبة للتطبيقات ذات الاعتمادية العالية.

بالنسبة لمعظم بيئات الإنتاج، يثبت النهج المختلط أنه الأكثر فاعلية. يخدم فحص ثنائي الأبعاد 100% لجميع الوصلات المخفية الحرجة كبوابة جودة سريعة. ثم يُخصص الفحص ثلاثي الأبعاد للتحقق من العملية على أولى المنتجات من بناء جديد وللمراقبة الإحصائية للعملية، مع أخذ عينات من اللوحات بشكل دوري لضمان عدم انحراف الخط. إنه يتحول إلى أداة تشخيص، وليس مجرد أداة فحص.

من العرض إلى المصدر

أعظم قيمة لصورة الأشعة السينية ليست في العثور على عيب، ولكن في فهم أصله. الصورة هي عرض، والمرض يكمن غالبًا في مرحلة مبكرة من عملية التصنيع. عيب الرأس في الوسادة هو مثال كلاسيكي. تكشف الأشعة السينية عن الوصلة غير الملتحمة، لكن السبب يكمن في مكان آخر. قد يكون أن لوحة الدائرة أو المكون نفسه قد تشوه أثناء التسخين لإعادة التدفق، مما رفع الكرة بعيدًا عن المعجون في اللحظة الحرجة. قد يكون أن وقتًا طويلاً مر بين طباعة اللحام ووضع المكون، مما سمح بتشكل طبقة أكسيد لم يتمكن التدفق من تكسيرها. أو ربما كانت ملف تعريف درجة حرارة فرن إعادة التدفق عدوانيًا جدًا، فشل في تفعيل التدفق بشكل صحيح.

من خلال ربط الأدلة البصرية في الأشعة السينية بأسباب الجذر المحتملة هذه، يتحول الفحص من حكم بسيط على النجاح أو الفشل إلى حلقة تحكم عملية قوية. يوفر التغذية الراجعة اللازمة لضبط واستقرار خط التصنيع. هذا مستوى من الضمان لا يمكن للاختبار الكهربائي، على أهميته، أن يقدمه أبدًا. يؤكد الاختبار الكهربائي أن اتصالًا موجودًا الآن. إنه أعمى تمامًا عن المفصل الهش مع 40% الذي يتسبب في إفراغ ذلك والذي سيفشل خلال ستة أشهر. هو يرى الحاضر. فحص الأشعة السينية هو ما يسمح للمصنع بضمان المستقبل.