L’inspection par rayons X est devenue une technologie incontournable dans la production et le contrôle qualité des cartes électroniques (PCB). Cette méthode non destructive permet de visualiser avec précision l’intérieur des composants et des brasures, sans les endommager. Mais quelles sont les différences entre les inspections 2D/3D, tomographie (CT) et laminographie avec reconstruction 3D dans le contexte de la microélectronique et de la fabrication de PCB ? Comment fonctionnent-elles et quels systèmes sont utilisés ?
SOMMAIRE
Qu’est-ce que l’inspection par rayons X pour les PCB ?
L’inspection par rayons X dans le domaine des cartes électroniques permet d’examiner de manière non destructive les caractéristiques internes et les conditions sous-jacentes des objets testés. En tirant parti de la nature pénétrante et des caractéristiques d’absorption différentielle des rayons X, cette technique offre une vision précise et détaillée des composants et des connexions internes, souvent masqués dans les assemblages complexes des PCB.
Dans le contexte spécifique de l’inspection des PCB, l’imagerie par rayons X est employée pour mettre en évidence les joints de soudure cachés, les fixations de composants, et les détails structurels dans les cartes à circuits imprimés multicouches, qui ne sont pas visibles via une inspection visuelle externe. Les rayons X, avec leur courte longueur d’onde et haute fréquence, ont la capacité de traverser des objets solides.
Ainsi, lorsqu’ils interagissent avec un une carte électronique, par exemple, les variations de l’épaisseur et de la densité du matériau entraînent une absorption différentielle. Cela génère une image par projection des rayons X qui code les détails de la structure interne, permettant ainsi de révéler d’éventuels défauts.
Cette capacité à voir au-delà des couches superficielles ouvre la porte à une analyse approfondie des composants électroniques, garantissant la fiabilité et la performance des PCB dans leur application finale. Les défauts couramment recherchés incluent les courts-circuits, les discontinuités de brasure, les mauvais alignements de composants et les porosités au sein des brasures, qui pourraient autrement rester non détectés et potentiellement causer des défaillances dans le produit fini.
L’inspection 2D par rayons X
L’inspection 2D par rayons X est une technique d’imagerie qui utilise des rayons X pour produire des images bidimensionnelles. Les rayons X sont émis par une source de rayonnement traversant l’objet pour atteindre un détecteur de l’autre côté. Les rayons X qui traversent l’objet sont absorbés à des degrés différents en fonction de la densité et de l’épaisseur du matériau, créant ainsi une image en contraste sur le détecteur. Cette image est ensuite traitée pour révéler les détails.
L’inspection 2D par rayons X est une méthode d’imagerie rapide, ce qui en fait un choix populaire pour l’inspection des PCB. Elle peut détecter des défauts tels que les courts-circuits, les discontinuités de brasure et les mauvais alignements de composants. Cependant, elle ne fournit pas d’informations sur la profondeur ou la localisation précise des défauts, ce qui peut rendre difficile l’identification de certains types de défauts. De plus, elle ne peut pas fournir une visualisation complète des structures internes complexes des PCB.
L’inspection 2D par rayons X est souvent utilisée pour l’inspection des joints de brasure et des composants sur les PCB. Elle peut également être utilisée pour inspecter les couches internes des PCB multicouches. Cependant, pour les PCB plus complexes avec des structures internes plus sophistiquées, une inspection 3D peut être nécessaire pour une visualisation complète et précise. Dans certains cas, plusieurs scans 2D pris sous différents angles de vue peuvent être combinés pour offrir une visualisation 3D limitée, mais cela ne peut pas atteindre la précision et la clarté d’une véritable inspection 3D.
L’inspection 3D par tomographie avec reconstruction 3D (CT)
L’inspection 3D par tomographie assistée par ordinateur (CT) est une technique d’imagerie non destructive qui utilise des rayons X pour créer des images en trois dimensions d’un objet. Contrairement à l’inspection 2D, la tomographie fournit des informations spatiales sur l’objet inspecté, permettant ainsi de localiser précisément les défauts et les anomalies.
Le principe de fonctionnement de la tomographie repose sur l’acquisition d’un grand nombre d’images 2D de l’objet à inspecter, prises sous différents angles. Ces images sont ensuite traitées par un algorithme de reconstruction tomographique pour créer une image 3D de l’objet. Cette image 3D peut être visualisée sous différents angles, coupée en tranches pour une analyse plus détaillée, ou utilisée pour mesurer les propriétés spatiales de l’objet. L’inspection 3D par tomographie offre plusieurs avantages par rapport à l’inspection 2D. Tout d’abord, elle fournit des informations spatiales précises sur l’objet inspecté, ce qui permet de localiser les défauts et les anomalies avec une grande précision. De plus, la tomographie permet de détecter des défauts qui pourraient être masqués dans une image 2D, tels que des vides ou des inclusions. Enfin, la tomographie peut être utilisée pour mesurer les propriétés spatiales de l’objet, telles que la taille et la forme des défauts.
Cependant, la tomographie peut manquer de résolution par rapport à l’inspection 2D. En effet, la résolution de l’image 3D dépend de la taille des voxels (pixels 3D), qui peuvent être plus grands que les pixels d’une image 2D.
L’inspection 3D par tomographie est particulièrement utile dans la fabrication de cartes électroniques pour la détection de défauts et l’analyse de défaillances. Elle peut être utilisée pour inspecter les brasures, les vias, les couches internes et les composants des PCB. Elle peut également être utilisée pour mesurer les propriétés spatiales des PCB, telles que l’épaisseur des couches et la hauteur des composants.
Cependant, elle peut ne pas être nécessaire pour tous les types d’inspection de PCB. Dans certains cas, une inspection 2D haute résolution peut suffire pour détecter les défauts.
Inspection par laminographie avec reconstruction 3D (CL)
La laminographie est une méthode d’inspection idéale pour les objets plats tels que les circuits intégrés, les cartes électroniques (PCB), les téléphones, les tablettes, les ordinateurs portables et même les manuscrits sur papyrus. Cette technologie combine les avantages de l’inspection 2D et 3D en ajoutant des informations de profondeur de champ aux images haute résolution 2D, permettant ainsi de détecter et de localiser les défauts.
Contrairement à la tomographie (CT), la laminographie ne nécessite pas d’enregistrement à 360 degrés pour générer des informations spatiales. Au lieu de cela, elle numérise les objets à partir d’une plage angulaire limitée, ce qui permet de rapprocher le tube à rayons X de l’objet d’inspection pour une résolution plus élevée.
La laminographie est prise en charge par plusieurs systèmes Comet Yxlon, notamment Cougar EVO, Cheetah EVO, FF20 CT, FF35 CT et FF85 CT. Cette technologie est particulièrement adaptée à l’inspection des brasures sur les ball grid arrays (BGA). Elle permet de s’assurer que les zones de contact sont suffisamment grandes pour conduire le courant ou la chaleur selon les spécifications, et de déterminer l’existence, la taille ou la distribution des « voids ».
Lors de l’inspection de PCB à double face, les systèmes tels que Comet Yxlon Cheetah EVO et Cougar EVO utilisent la laminographie pour créer des images en couches de la zone de contact, libres des superpositions de composants sur l’autre face de la carte PCB qui obstruent la vue comme dans des images radiographiques 2D. Pour l’évaluation finale des brasures, un support logiciel est fourni par le flux de travail d’inspection VoidInspect CL.
La laminographie est également utilisée pour l’inspection des connexions entre les différentes couches dans les circuits intégrés (IC) et les wafers. Étant donné que les IC de boitiers contiennent plusieurs couches, une image radioscopique 2D est généralement insuffisante pour l’analyse, car elle ne fournit pas d’informations spatiales et les différentes structures internes ont tendance à se chevaucher. Les systèmes tels que Comet Yxlon Cheetah EVO et Cougar EVO utilisent la laminographie pour produire des images de haute qualité du plan d’interconnexion.
En ce qui concerne l’inspection des dispositifs électroniques plats tels que les tablettes, les téléphones portables et les ordinateurs portables, la laminographie est une méthode d’inspection particulièrement adaptée. Pendant le contrôle qualité et l’analyse des défaillances, les systèmes de laminographie Comet Yxlon révèlent si toutes les pièces sont assemblées et correctement positionnées, ou si des défauts mécaniques tels que des ruptures de connexions existent.
Dans le secteur en plein essor de la mobilité électrique, les configurations de batteries pour les voitures électriques évoluent rapidement. Pour garantir la sécurité et la qualité dans la production de masse, les batteries lithium-ion doivent être inspectées en grande quantité. L’inspection pendant la production nécessite un débit élevé en plus d’une résolution élevée par rapport à la taille de la batterie.
Contrairement aux tests classiques en 2D, la laminographie permet d’inspecter les structures internes des batteries de manière plus fiable et précise, en révélant par exemple la géométrie des électrodes empilées avec les distances et les angles des parois, les chevauchements d’anodes ou les inclusions d’objets étrangers ou de « voids ».
En résumé
Comet Yxlon offre une variété de systèmes d’inspection par rayons X et CT adaptés à des tâches d’inspection spécifiques pour les produits semiconducteurs.
L’inspection par radioscopie 2D est idéale pour les inspections en cours de processus, avec une génération d’images rapide pour l’inspection de liaisons filaires simples, de vias et de bumps. Elle est disponible dans les systèmes Cheetah et Cougar, offrant la meilleure image en un temps record avec une résolution submicronique.
La tomographie 3D (CT) est utilisée pour les mesures 3D de détermination des propriétés spatiales, de l’emplacement et des dimensions des défauts. Elle est principalement utilisée pour l’analyse détaillée des défaillances. La CT est disponible dans les systèmes FF20 CT et FF35 CT avec une interface utilisateur intuitive grâce à Geminy, ainsi qu’en option pour les systèmes Cheetah et Cougar.
La laminographie (CL) est utilisée pour déterminer les propriétés spatiales des composants, ainsi que l’emplacement et les dimensions des défauts. Elle est principalement utilisée pour l’inspection au hasard des boitiers multicouches et des dispositifs embarqués dans les applications d’emballage avancé. La CL est disponible dans les systèmes Cheetah et Cougar avec un faisceau vertical et la plus haute résolution, ainsi que dans les systèmes FF20 CT et FF35 CT avec un faisceau horizontal.