सोल्डर जॉइंट का गुप्त जीवन

एक इलेक्ट्रॉनिक असेंबली उत्पादन लाइन को पूरी तरह से धोखा देने की स्थिति में छोड़ सकती है। यह हर विद्युत परीक्षण पास करता है, इसके घटक रोबोटिक सटीकता के साथ रखे गए हैं, और नंगी आंखों से यह दोषरहित प्रतीत होता है। फिर भी, इसकी संरचना के भीतर, सोल्डर जॉइंट में एक दरार बन रही हो सकती है, एक गैस का थैला क्रिटिकल प्रोसेसर के नीचे फंसा हो सकता है, या एक कनेक्शन धागे से लटक रहा हो सकता है। ये छुपे हुए दोष हैं, इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माण के टिक-टिक टाइम बम, और ये अनदेखे जोखिम का प्रतिनिधित्व करते हैं जो एक मामूली असुविधा को एक विनाशकारी विफलता से अलग करता है।

उपभोक्ता गैजेट्स के लिए, यह जोखिम एक परेशानी का विषय है। एक चिकित्सा उपकरण के लिए, दांव पूरी तरह से उच्च हैं। एक इन्फ्यूजन पंप जो रुक जाता है, एक पैसमेकर जो फेल हो जाता है—ये स्वीकार्य परिणाम नहीं हैं। चिकित्सा-ग्रेड निर्माण का पूरा दर्शन, जो सटीक IPC-A-610 क्लास 3 मानक द्वारा शासित है, उन विफलताओं को रोकने के लिए बनाया गया है जो अभी तक नहीं हुई हैं। इसके लिए अदृश्य को देखने का तरीका चाहिए, सतह से परे देखने और सोल्डर जॉइंट की छिपी हुई संरचनात्मक दुनिया में देखने का। यह X-ray निरीक्षण का अनूठा क्षेत्र है।

छायाओं और प्रकाश की भाषा

X-ray निरीक्षण एक सुरुचिपूर्ण सादगी के सिद्धांत पर काम करता है। विकिरण की किरण सर्किट बोर्ड से गुजरती है, और दूसरी तरफ एक डिटेक्टर जो कुछ भी गुजरता है उसे कैप्चर करता है। सोल्डर में भारी, घने धातुएं—टिन, चांदी, तांबा—इस ऊर्जा को अवशोषित करती हैं, जिससे परिणामी छवि पर एक अंधेरा साया पड़ता है। बोर्ड का फाइबरग्लास सब्सट्रेट, प्लास्टिक घटक शरीर, और सबसे महत्वपूर्ण बात, सोल्डर के अंदर फंसी कोई भी हवा बहुत कम घनी होती है। ये उज्जवल क्षेत्रों के रूप में दिखाई देते हैं।

प्रकाश और छाया का यह मेल एक भाषा बनाता है। एक प्रशिक्षित आंख इसे न केवल स्पष्ट दोषों के लिए पढ़ना सीखती है बल्कि प्रक्रिया त्रुटि के सूक्ष्म बोलियों के लिए भी। दो पैडों के बीच बहने वाली एक अंधेरी, अनजानी सोल्डर की टहनी एक शॉर्ट है, एक स्पष्ट और तात्कालिक खतरा। लेकिन अन्य संकेत अधिक सूक्ष्म हैं। एक पूरी तरह से गोल BGA गेंद जो अपने सोल्डर जमा के ऊपर बहुत साफ-सुथरे ढंग से बैठी है, उनके बीच की सीमा तेज और स्पष्ट है, यह “हेड-इन-पिलो” दोष का संकेत है। यह एक जॉइंट है जो जुड़ा हुआ दिखता है लेकिन कभी भी पूरी तरह से फ्यूज नहीं होता, एक नाजुक बंधन जो पहले थर्मल साइकिल या कंपन से टूट सकता है। वॉइड्स, सबसे चमकीले स्थान, गैस के बुलबुले के रूप में दिखाई देते हैं जो अंधेरे सोल्डर मास के भीतर फंसे होते हैं, प्रत्येक एक संरचनात्मक या थर्मल कमजोरी का संभावित बिंदु है।

दोष की पाठ्यपुस्तक परिभाषा से परे

उद्योग के पास मानक हैं, निश्चित रूप से। IPC दिशानिर्देश कह सकते हैं कि सोल्डर बॉल में वॉइडिंग उसकी कुल क्षेत्रफल का 25% से अधिक नहीं होनी चाहिए। यह एक स्पष्ट, मापने योग्य नियम प्रदान करता है, पास और फेल के बीच एक रेखा। लेकिन कारखाने की मंजिल पर, जहां हजारों बोर्ड बनाए जाते हैं, अनुभव से पता चलता है कि ऐसे नियम केवल बातचीत की शुरुआत हैं। दोष का वास्तविक जोखिम संदर्भ का कार्य है, कुछ ऐसा जिसे एक सरल प्रतिशत पकड़ नहीं सकता।

मान लीजिए कि एक 20% वॉइड है। किताब के अनुसार, यह पास हो जाता है। लेकिन यदि वह वॉइड सीधे सोल्डर और घटक पैड के इंटरफेस पर स्थित है, तो यह जॉइंट की अखंडता को बहुत अधिक नुकसान पहुंचा सकता है बनाम एक 25% वॉइड जो सोल्डर मास के केंद्र में बेखौफ तैर रहा हो। घटक का कार्य एक और जटिलता जोड़ता है। एक बड़े BGA पर कम गति संकेत पिन के लिए, यहां तक कि महत्वपूर्ण वॉइडिंग भी कार्यात्मक रूप से अप्रासंगिक हो सकती है। कनेक्शन काम करेगा। लेकिन पावर प्रबंधन चिप के केंद्रीय थर्मल पैड के लिए, समान प्रतिशत वॉइडिंग एक गंभीर खतरा है। वह वॉइड केवल एक संरचनात्मक कमजोरी नहीं है; यह गर्मी विकिरण में बाधा है, एक हॉटस्पॉट बनाता है जो धीरे-धीरे घटक को जल्दी मरने के लिए पकाएगा। एक अनुभवी तकनीशियन केवल वॉइड को मापता नहीं है। वे इसके आकार, स्थान, और इसकी इलेक्ट्रॉनिक उद्देश्य के आधार पर इसके नुकसान पहुंचाने की संभावना का आकलन करते हैं।

सही लेंस का चयन: व्यापक सर्वेक्षण से फोरेंसिक विश्लेषण तक

यह गहरा विश्लेषण सही निरीक्षण रणनीति चुनने की आवश्यकता है, एक निर्णय जो गति, लागत, और निदान शक्ति के बीच संतुलन बनाता है। उद्योग का कार्यबल 2D X-ray है, जो बोर्ड का एकल, ऊपर से नीचे का दृश्य प्रदान करता है। यह तेज़ है और शॉर्ट्स और ओपन जैसी सबसे गंभीर दोषों को पकड़ने में अत्यंत प्रभावी है। इसकी सीमा, हालांकि, जटिल, दो-पक्षीय असेंबली पर स्पष्ट हो जाती है, जहां ऊपर और नीचे से जुड़े जॉइंट्स एक ही, अक्सर भ्रमित करने वाली छवि में ओवरले हो जाते हैं। एक दोष छुप सकता है, या बदतर, नीचे के घटक का साया ऊपर दोष की तरह दिख सकता है, एक “फाल्स कॉल” जो समय और संसाधनों की बर्बादी करता है।

यहां 3D X-ray, या कंप्यूटेड टोमोग्राफी (CT), आवश्यक हो जाती है। कई कोणों से छवियों को कैप्चर करके, एक 3D सिस्टम असेंबली का एक पूर्ण डिजिटल मॉडल पुनर्निर्माण करता है। एक ऑपरेटर फिर इस मॉडल को वर्चुअली स्लाइस कर सकता है, एकल परत या यहां तक कि एकल सोल्डर जॉइंट को अलग कर सकता है, अन्य पक्ष से दृश्य शोर को पूरी तरह से समाप्त कर सकता है। यह धीमा है और अधिक महंगा है, लेकिन यह अस्पष्ट सत्य प्रदान करता है। यह वॉइड का मात्रा मापने का एकमात्र तरीका है या हेड-इन-पिलो दोष के सूक्ष्म संकेत का निदान करने का। इसकी शक्ति पुराने तकनीकों तक भी फैली हुई है, जैसे प्लेटेड-थ्रू-होल कनेक्टर, जहां यह एक गैर-विनाशकारी क्रॉस-सेक्शन बना सकता है ताकि यह सत्यापित किया जा सके कि सोल्डर ने बारल को सही ढंग से भरा है, जिससे उच्च विश्वसनीयता अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति सुनिश्चित हो सके।

अधिकांश उत्पादन वातावरण के लिए, एक हाइब्रिड दृष्टिकोण सबसे प्रभावी साबित होता है। सभी महत्वपूर्ण छुपे हुए जॉइंट्स का 100% 2D निरीक्षण एक त्वरित गुणवत्ता गेट के रूप में कार्य करता है। फिर अधिक गहन 3D निरीक्षण नए निर्माण के पहले आर्टिकल्स पर प्रक्रिया मान्यकरण और सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण के लिए आरक्षित किया जाता है, जिससे लाइन के डगमगाने को सुनिश्चित किया जा सके। यह एक निदान उपकरण बन जाता है, केवल एक स्क्रीनिंग नहीं।

लक्षण से स्रोत तक

एक एक्स-रे छवि का सबसे बड़ा मूल्य दोष खोजने में नहीं है, बल्कि इसके मूल को समझने में है। छवि एक लक्षण है, और रोग लगभग हमेशा निर्माण प्रक्रिया के ऊपर की ओर स्थित होता है। हेड-इन-पिलो दोष एक क्लासिक उदाहरण है। एक्स-रे गैर-फ्यूज्ड जॉइंट को दिखाता है, लेकिन कारण कहीं और है। यह हो सकता है कि सर्किट बोर्ड या घटक स्वयं रीफ्लो हीटिंग के दौरान विकृत हो गया हो, जिससे गेंद को पेस्ट से ऊपर उठाया गया हो। यह भी हो सकता है कि सोल्डर प्रिंटिंग और घटक स्थान के बीच बहुत अधिक समय बीता हो, जिससे एक ऑक्साइड परत बन गई हो जिसे फ्लक्स तोड़ नहीं सकता। या शायद रीफ्लो ओवन का तापमान प्रोफ़ाइल बहुत आक्रामक था, जिससे फ्लक्स को सही ढंग से सक्रिय करने में विफल रहा।

इन संभावित मूल कारणों से जुड़ी दृश्य साक्ष्य को एक्स-रे में वापस जोड़कर, निरीक्षण एक सरल पास/फेल निर्णय से एक शक्तिशाली प्रक्रिया नियंत्रण लूप में परिवर्तित हो जाता है। यह प्रतिक्रिया प्रदान करता है जो निर्माण लाइन को समायोजित और स्थिर करने के लिए आवश्यक है। यह एक स्तर का आश्वासन है जो विद्युत परीक्षण कभी भी प्रदान नहीं कर सकता। एक विद्युत परीक्षण पुष्टि करता है कि कनेक्शन मौजूद है। अभी. यह 40% voiding के साथ नाजुक जोड़ के प्रति पूरी तरह से अंधा है, जो छह महीने में फेल हो जाएगा। यह वर्तमान को देखता है। एक्स-रे निरीक्षण वह है जो निर्माता को भविष्य की गारंटी देने की अनुमति देता है।