ชีวิตลับของการเชื่อมบัดกรี

การประกอบอิเล็กทรอนิกส์สามารถออกจากสายการผลิตในสภาพของการหลอกลวงที่สมบูรณ์ มันผ่านการทดสอบไฟฟ้าทุกอย่าง ส่วนประกอบของมันถูกวางด้วยความแม่นยำของหุ่นยนต์ และด้วยสายตาเปล่า มันไร้ที่ติ อย่างไรก็ตาม ภายในโครงสร้างของมัน อาจมีรอยร้าวกำลังก่อตัวในจุดเชื่อมต่อบัดกรี ถุงก๊าซอาจถูกกักอยู่ใต้โปรเซสเซอร์ที่สำคัญ หรือการเชื่อมต่ออาจแขวนอยู่ด้วยเส้นด้าย นี่คือข้อบกพร่องที่ซ่อนอยู่ ระเบิดเวลาของการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ และพวกมันเป็นความเสี่ยงที่มองไม่เห็น ซึ่งแยกความแตกต่างระหว่างความไม่สะดวกเล็กน้อยและความล้มเหลวที่หายนะ

สำหรับอุปกรณ์ผู้บริโภค ความเสี่ยงนี้เป็นเรื่องของความรำคาญ สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ ความเสี่ยงคือสิ่งที่แน่นอน เครื่องปั๊มฉีดยาที่หยุดทำงาน เครื่องกระตุ้นหัวใจที่ล้มเหลว—นี่ไม่ใช่ผลลัพธ์ที่ยอมรับได้ ปรัชญาทั้งหมดของการผลิตระดับทางการแพทย์ ซึ่งควบคุมโดยมาตรฐาน IPC-A-610 Class 3 ที่เข้มงวด ถูกสร้างขึ้นเพื่อป้องกันความล้มเหลวที่ยังไม่เกิดขึ้น ซึ่งต้องการวิธีมองเห็นสิ่งที่มองไม่เห็น เพื่อมองผ่านพื้นผิวและเข้าสู่โลกโครงสร้างที่ซ่อนอยู่ของจุดเชื่อมต่อบัดกรี นั่นคือขอบเขตเฉพาะของการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์

ภาษาแห่งเงาและแสง

การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ทำงานบนหลักการของความเรียบง่ายอย่างสง่างาม ลำแสงรังสีผ่านแผงวงจร และตัวตรวจจับด้านตรงข้ามจับสิ่งที่ผ่านเข้ามา โลหะหนาแน่นในบัดกรี—ดีบุก เงิน ทองแดง—ดูดซับพลังงานนี้ ทำให้เกิดเงามืดบนภาพที่ได้ โครงสร้างไฟเบอร์กลาสของแผงวงจร ตัวถังพลาสติก และที่สำคัญที่สุดคืออากาศที่ถูกกักอยู่ภายในบัดกรี มีความหนาแน่นน้อยกว่ามาก พวกมันปรากฏเป็นพื้นที่ที่สว่างขึ้น

การเล่นแสงและเงานี้สร้างภาษาขึ้นมา นักมองที่ผ่านการฝึกฝนจะเรียนรู้ที่จะอ่านมันไม่ใช่แค่เพื่อหาข้อบกพร่องที่ชัดเจน แต่เพื่อเข้าใจภาษาย่อยของความผิดพลาดในกระบวนการ เศษบัดกรีที่ไหลระหว่างสองแผ่นเป็นการลัดวงจร อันตรายที่ชัดเจนและทันที แต่สัญญาณอื่น ๆ ก็มีความละเอียดอ่อนมากขึ้น เส้นบัดกรี BGA ที่กลมสนิทนั่งอยู่บนจุดบัดกรีของมันอย่างสะอาดตา ขอบเขตระหว่างพวกมันชัดเจนและแหลมคม บ่งบอกถึงข้อบกพร่องแบบ “หัวในหมอน” ซึ่งเป็นจุดเชื่อมต่อที่ดูเหมือนจะเชื่อมต่อกันแต่ไม่เคยหลอมรวมอย่างแท้จริง เป็นพันธะที่เปราะบางรอการแตกหักจากรอบความร้อนหรือการสั่นสะเทือน จุดว่างเปล่า ซึ่งเป็นจุดที่สว่างที่สุด ปรากฏเป็นฟองก๊าซที่ถูกกักอยู่ภายในบัดกรีสีเข้ม แต่ละจุดเป็นจุดอ่อนทางโครงสร้างหรือความร้อนที่อาจเกิดขึ้นได้

เกินกว่าคำจำกัดความในตำราเรียนของข้อบกพร่อง

อุตสาหกรรมมีมาตรฐานแน่นอน แนวทางของ IPC อาจระบุว่าการว่างเปล่าในลูกบัดกรีต้องไม่เกิน 25% ของพื้นที่ทั้งหมด ซึ่งเป็นกฎที่ชัดเจนและวัดได้ เป็นเส้นแบ่งระหว่างผ่านและไม่ผ่าน แต่บนพื้นโรงงานที่ผลิตแผงหลายพันแผ่น ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่ากฎเหล่านี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการสนทนา ความเสี่ยงที่แท้จริงของข้อบกพร่องเป็นฟังก์ชันของบริบท ซึ่งไม่สามารถจับได้ด้วยเปอร์เซ็นต์ง่าย ๆ

พิจารณาว่าว่างเปล่า 20% ตามตำรา มันผ่าน แต่ถ้าว่าว่างเปล่านั้นอยู่ตรงจุดเชื่อมต่อระหว่างบัดกรีและแผ่นรองของส่วนประกอบโดยตรง มันอาจทำให้ความสมบูรณ์ของจุดเชื่อมต่อเสียหายมากกว่าว่างเปล่า 25% ที่ลอยอยู่ในใจกลางของมวลบัดกรี การทำงานของส่วนประกอบเพิ่มระดับความซับซ้อนอีกชั้น สำหรับพินสัญญาณความเร็วต่ำบน BGA ขนาดใหญ่ แม้ว่าการว่างเปล่าอย่างมีนัยสำคัญอาจไม่มีผลต่อการทำงาน การเชื่อมต่อจะทำงานได้ แต่สำหรับแผ่นความร้อนกลางของชิปบริหารพลังงาน การว่างเปล่าในเปอร์เซ็นต์เดียวกันเป็นภัยคุกคามร้ายแรง ว่าว่างเปล่านั้นไม่ใช่แค่จุดอ่อนทางโครงสร้าง แต่เป็นอุปสรรคต่อการระบายความร้อน สร้างจุดร้อนที่ค่อย ๆ ทำให้ส่วนประกอบเสียชีวิตก่อนเวลา นักเทคนิคที่มีประสบการณ์ไม่ได้แค่วัดว่างเปล่า พวกเขาประเมินศักยภาพในการก่อให้เกิดอันตรายโดยอิงจากขนาด ตำแหน่ง และวัตถุประสงค์ทางอิเล็กทรอนิกส์ของมัน

การเลือกเลนส์ที่เหมาะสม: จากการสำรวจอย่างกว้างขวางสู่การวิเคราะห์ทางนิติวิทยาศาสตร์

การวิเคราะห์เชิงลึกนี้ต้องเลือกกลยุทธ์การตรวจสอบที่เหมาะสม ซึ่งเป็นการตัดสินใจที่สมดุลระหว่างความเร็ว ค่าใช้จ่าย และพลังในการวินิจฉัย เครื่องมือหลักของอุตสาหกรรมคือรังสีเอกซ์ 2D ซึ่งให้ภาพเดียวจากด้านบนของแผงวงจร เป็นวิธีที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการจับข้อบกพร่องที่ร้ายแรงที่สุด เช่น การลัดวงจรและการเปิดวงจร ข้อจำกัดของมันชัดเจนเมื่อใช้กับการประกอบแบบซับซ้อนสองด้าน ซึ่งจุดเชื่อมต่อจากด้านบนและด้านล่างซ้อนทับกันเป็นภาพเดียวที่มักจะสับสน ข้อบกพร่องอาจถูกซ่อน หรือแย่กว่านั้น เงาของส่วนประกอบด้านล่างอาจสร้างภาพลักษณะผิดพลาดที่ดูเหมือนเป็นข้อบกพร่องด้านบน ซึ่งเป็น “การเรียกผิด” ที่เสียเวลาและทรัพยากร

นี่คือจุดที่รังสีเอกซ์ 3D หรือ คอมพิวเตอร์โทรราฟี (CT) เข้ามามีความจำเป็น โดยการจับภาพจากหลายมุม ระบบ 3D จะสร้างโมเดลดิจิทัลสมบูรณ์ของการประกอบ ช่างเทคนิคสามารถตัดผ่านโมเดลนี้เสมือนจริง แยกชั้นเดียวหรือแม้แต่จุดเชื่อมต่อบัดกรีเดียว ออกจากเสียงรบกวนทางสายตาจากด้านอื่น มันช้ากว่าและมีค่าใช้จ่ายสูงกว่า แต่ให้ข้อมูลที่ไม่คลุมเครือ เป็นวิธีเดียวที่สามารถวัดปริมาตรของว่างเปล่าได้อย่างแม่นยำ หรือวินิจฉัยลายเซ็นที่ละเอียดอ่อนของข้อบกพร่องแบบหัวในหมอน พลังของมันยังขยายไปยังเทคโนโลยีเก่า เช่น ตัวเชื่อมต่อแบบเจาะผ่านรู ซึ่งสามารถสร้างส่วนตัดขวางที่ไม่ทำลายเพื่อยืนยันว่าบัดกรีเต็มภายในท่ออย่างถูกต้อง เพื่อให้ความแข็งแรงทางกลสำหรับการใช้งานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง

สำหรับสภาพแวดล้อมการผลิตส่วนใหญ่ วิธีการผสมผสานเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุด การตรวจสอบ 2D ด้วยรังสีเอกซ์แบบ 100% ของจุดเชื่อมต่อที่ซ่อนอยู่สำคัญทั้งหมดทำหน้าที่เป็นเกตคุณภาพอย่างรวดเร็ว การตรวจสอบ 3D ที่เข้มข้นกว่าจะสงวนไว้สำหรับการตรวจสอบกระบวนการในชิ้นงานแรกของการสร้างใหม่ และสำหรับการควบคุมกระบวนการเชิงสถิติ โดยสุ่มเลือกแผงเป็นระยะ ๆ เพื่อให้แน่ใจว่าเส้นสายไม่ได้เบี่ยงเบนไป มันกลายเป็นเครื่องมือวินิจฉัย ไม่ใช่แค่เครื่องมือคัดกรอง

จากอาการสู่แหล่งที่มา

มูลค่าที่สำคัญที่สุดของภาพรังสีเอกซ์ไม่ใช่การค้นพบข้อบกพร่อง แต่คือความเข้าใจในต้นกำเนิดของมัน ภาพเป็นอาการ และโรคแทบจะอยู่ในตำแหน่งต้นน้ำของกระบวนการผลิต ข้อบกพร่องหัวในหมอนเป็นตัวอย่างคลาสสิก รังสีเอกซ์เปิดเผยจุดเชื่อมต่อที่ไม่หลอมรวม แต่สาเหตุอยู่ที่อื่น อาจเป็นไปได้ว่าแผงวงจรหรือส่วนประกอบเองบิดเบี้ยวระหว่างการให้ความร้อนด้วยรีเฟลโลว์ ทำให้ลูกบอลยกขึ้นจากแปะในช่วงเวลาสำคัญ อาจเป็นไปได้ว่ามีเวลานานเกินไประหว่างการพิมพ์บัดกรีและการวางส่วนประกอบ ซึ่งอนุญาตให้เกิดชั้นออกไซด์ที่ฟลักซ์ไม่สามารถทำลายได้ หรืออาจเป็นไปได้ว่ารูปแบบอุณหภูมิของเตารีเฟลโลว์เข้มงวดเกินไป ล้มเหลวในการเปิดใช้งานฟลักซ์อย่างถูกต้อง

โดยการเชื่อมโยงหลักฐานทางสายตาจากรังสีเอกซ์กลับไปยังสาเหตุที่เป็นไปได้ การตรวจสอบเปลี่ยนจากการตัดสินใจแบบผ่าน/ไม่ผ่านเป็นวงจรควบคุมกระบวนการที่ทรงพลัง มันให้ข้อมูลย้อนกลับที่จำเป็นในการปรับและทำให้สายการผลิตมีเสถียรภาพ นี่คือระดับของความมั่นใจที่การทดสอบไฟฟ้า ซึ่งถึงแม้จะสำคัญ แต่ก็ไม่สามารถให้ได้ การทดสอบไฟฟ้ารับรองว่ามีการเชื่อมต่ออยู่ ตอนนี้. มันมองไม่เห็นข้อต่อที่เปราะบางกับ 40% ซึ่งจะล้มเหลวในอีกหกเดือนข้างหน้า มันมองเห็นแต่ปัจจุบัน การตรวจเอ็กซ์เรย์คือสิ่งที่ทำให้ผู้ผลิตสามารถรับประกันอนาคตได้