Cách chọn thiết bị kiểm tra bằng tia X cho sản xuất điện tử

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích lý do vì sao việc sử dụng tia X ngày càng trở nên thiết yếu trong môi trường sản xuất điện tử hiện đại và đề cập đến 4 yếu tố cần xem xét nếu bạn hoặc đối tác lắp ráp của bạn đang có ý định đầu tư vào thiết bị kiểm tra bằng X-quang.

Làm thế nào thiết bị tia X có thể tăng thêm giá trị cho quy trình sản xuất điện tử?

Sử dụng tia X làm biện pháp kiểm soát trong quá trình có thể giúp loại bỏ rủi ro tạo ra các bộ phận không thể sửa chữa hoặc không kinh tế do các thiết bị ‘kết nối ẩn’ bị đặt sai vị trí. Việc làm lại một thiết bị bị đặt sai vị trí có thể tốn thời gian và có thể gây ra các sự cố khác trên bộ phận lắp ráp, ví dụ như với các bộ phận xung quanh trên PCB do nóng lên cục bộ. Việc làm lại cũng có thể vượt quá số chu kỳ hàn nóng chảy tối đa được phép đối với các cụm lắp ráp hai mặt. Việc phát hiện lỗi sau này trong quy trình, chẳng hạn như ở JTAG hoặc kiểm tra chức năng , sẽ làm mất thêm thời gian và chi phí trong chẩn đoán và kiểm tra lại.

Vậy khi nào nên sử dụng tia X? Nó chắc chắn phải là một phần của quy trình kiểm tra ‘lần đầu’, giúp đảm bảo cấu hình lò là tối ưu cho các thiết bị không chì. Khi đó, việc kiểm tra một mẫu lắp ráp khi chúng được sản xuất có thể là điều hợp lý; một số ít từ đầu, giữa và cuối đợt là điển hình. Ngoài ra, có thể sử dụng quy trình ‘nội tuyến’, mặc dù cần lưu ý rằng kiểm tra bằng tia X – ngay cả khi được tự động hóa – tương đối chậm. Trong thực tế, việc đặt các thiết bị không chì, đặc biệt là BGA, khá đơn giản và thường gây ra ít vấn đề, vì vậy việc sử dụng tia X cần được cân nhắc kỹ lưỡng.

Kiểm tra bằng tia X cũng có thể giúp giảm bớt việc kiểm tra thủ công cuối dây chuyền, ví dụ như trên các thiết bị bước nhỏ không thể được AOI kiểm soát hoàn toàn (tùy thuộc vào loại hệ thống bạn có) hoặc khi các phương pháp kiểm tra BGA khác như Ersascope có thể đã được sử dụng.

Một lợi ích lớn khác của kiểm tra bằng tia X là giải quyết các vấn đề về chất lượng. Tia X cho phép kiểm tra mà không cần phải gia công lại hoặc cắt vi mô có khả năng phá hủy, điều này làm tăng thêm chi phí và tất nhiên dẫn đến việc lắp ráp bị loại bỏ. Việc phân chia vi mô cũng đòi hỏi một chút phỏng đoán có căn cứ về vấn đề có thể xảy ra ở đâu. Bạn có thường xuyên nghe ai đó nói ‘kiểm tra thất bại, không hoạt động, tôi không thấy vấn đề ở đâu, vậy chắc chắn là BGA’? Việc tăng cường tia X để cung cấp khả năng ‘laminography’ hoặc thực sự là 3D đầy đủ cho phép người kiểm tra ‘đi qua’ một tổ hợp giúp tìm ra các lỗi như đường ray hoặc thùng bị hỏng trong PCB chẳng hạn, cũng như bất kỳ vấn đề nào với các bộ phận không có chì.

Ngoài PCBA, Tia X có thể cung cấp khả năng kiểm tra không phá hủy các bộ phận được sản xuất khác như cụm cáp hoặc các bộ phận gia công khi cần xem chi tiết bên trong. Nó cũng có thể cung cấp một mức độ khả năng đo lường. Vì vậy, một thiết bị kiểm tra bằng Tia X có năng lực hiện được coi là “phải có” đối với các dây chuyền lắp ráp điện tử hiện đại. Nhưng bây giờ bạn đã quyết định rằng bạn cần một hệ thống cho riêng mình hoặc đối tác dịch vụ sản xuất điện tử (EMS) của bạn sẽ thay mặt bạn đầu tư, bạn làm cách nào để chọn được hệ thống phù hợp?

Lưu ý khi chọn thiết bị X-quang?

Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều lựa chọn về nhà cung cấp và hệ thống kiểm tra, do đó, bạn cần phải có một tiêu chí cụ thể để lựa chọn. Trước khi xem xét các đánh giá về thiết bị cơ bản của các hệ thống, bạn nên xác định những yếu tố ‘không thể thiếu’ mà bạn mong muốn. Chúng tôi sẽ cho rằng bạn cũng quan tâm đến giá cả (và thời gian hoàn vốn) của hệ thống và đương nhiên, hệ thống phải có kích thước phù hợp để đáp ứng nhu cầu kiểm tra các sản phẩm của bạn.

Chất lượng hình ảnh

Khi bạn muốn mua một máy ảnh mới, bạn có thể nghĩ rằng số điểm ảnh càng cao càng tốt. Bạn có thể nghĩ rằng một máy ảnh 24MP sẽ cho bạn những bức ảnh sắc nét và chi tiết hơn một máy ảnh 16MP. Nhưng đây có phải là cách đánh giá chất lượng hình ảnh đúng nhất? Nếu bạn có một chút hiểu biết về nhiếp ảnh, bạn sẽ nhận ra rằng đây là một quan niệm sai lầm và quá đơn giản. Chất lượng hình ảnh không chỉ phụ thuộc vào số điểm ảnh, mà còn nhiều yếu tố khác, đặc biệt là khi bạn nói đến chụp X-quang. Chụp X-quang là một kỹ thuật chụp ảnh đặc biệt, sử dụng bức xạ tia X để tạo ra hình ảnh của các đối tượng bên trong. Để có được những hình ảnh X-quang chất lượng cao, bạn cần phải xem xét nhiều khía cạnh về vật lý và phần mềm. Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh X-quang bao gồm:

Công suất: Đây là lượng năng lượng mà nguồn tia X phát ra. Công suất càng cao, tia X càng mạnh và có thể xuyên qua các vật thể dày và cứng hơn. Tuy nhiên, công suất quá cao cũng có thể làm hư hại các bộ phận nhạy cảm của máy dò và làm giảm tuổi thọ của nguồn tia X.
Điện áp: Đây là độ cao của điện trường mà nguồn tia X tạo ra. Điện áp càng cao, tia X càng có năng lượng cao và có thể tạo ra những hình ảnh rõ nét hơn. Tuy nhiên, điện áp quá cao cũng có thể làm giảm độ tương phản của hình ảnh, làm mờ các chi tiết nhỏ và làm tăng nhiễu.
Kích thước điểm: Đây là kích thước của vùng phát ra tia X trên nguồn tia X. Kích thước điểm càng nhỏ, tia X càng tập trung và có thể tạo ra những hình ảnh sắc nét hơn. Tuy nhiên, kích thước điểm quá nhỏ cũng có thể làm giảm công suất và làm tăng thời gian chụp.
Độ phân giải của máy dò: Đây là khả năng phân biệt các điểm ảnh khác nhau trên màn hình. Độ phân giải của máy dò càng cao, hình ảnh càng chi tiết và rõ ràng hơn. Tuy nhiên, độ phân giải của máy dò cũng phải phù hợp với độ phân giải của nguồn tia X, nếu không sẽ gây lãng phí và không cải thiện được chất lượng hình ảnh.
Khoảng cách của nguồn tia X với vật thể và trường nhìn: Đây là khoảng cách từ nguồn tia X đến vật thể cần chụp và từ vật thể đến máy dò. Khoảng cách càng lớn, tia X càng bị phân tán và có thể làm giảm độ sắc nét và độ tương phản của hình ảnh. Tuy nhiên, khoảng cách quá nhỏ cũng có thể làm giảm góc nhìn và làm mất các chi tiết ở biên. Trường nhìn là kích thước của vùng hình ảnh mà máy dò có thể nhận được. Trường nhìn càng lớn, bạn càng có thể chụp được nhiều vật thể cùng một lúc. Tuy nhiên, trường nhìn quá lớn cũng có thể làm giảm độ phóng đại và làm mờ các chi tiết nhỏ.

Bạn có thể thấy rằng, chất lượng hình ảnh X-quang là một khái niệm phức tạp và không có một công thức đơn giản để đánh giá. Chất lượng hình ảnh X-quang còn phụ thuộc vào mục đích và yêu cầu của bạn. Bạn có thể cần những hình ảnh X-quang có độ tương phản cao để phát hiện các lỗi nhỏ, hoặc bạn có thể cần những hình ảnh X-quang có độ phân giải cao để phân tích các cấu trúc phức tạp. Bạn cũng cần xem xét đến chi phí và hiệu quả của việc chụp X-quang. Bạn có thể không muốn dùng một hệ thống X-quang quá đắt tiền và tốn thời gian để chụp những vật thể đơn giản và dễ nhìn. Vì vậy, cách tốt nhất để quyết định chất lượng hình ảnh X-quang là thử nghiệm trực tiếp với các hệ thống X-quang khác nhau và so sánh kết quả. Bạn cần lấy một số mẫu tiêu biểu và đặt chúng vào các hệ thống X-quang và xem hình ảnh trên màn hình. Bạn cần đánh giá hình ảnh theo các tiêu chí như độ sắc nét, độ tương phản, độ chi tiết, độ nhiễu, độ phóng đại, trường nhìn, thời gian chụp và chi phí. Bạn cũng cần điều chỉnh các thông số như công suất, điện áp, kích thước điểm, độ phân giải của máy dò, khoảng cách của nguồn tia X với vật thể và trường nhìn để tối ưu hóa chất lượng hình ảnh theo nhu cầu của bạn.

Có bao nhiêu chữ D?

Chữ D là cách viết tắt của từ dimension, hay kích thước. Kích thước là một thuộc tính cơ bản của không gian, cho biết chiều dài, chiều rộng, chiều cao hay chiều sâu của một hình ảnh hay một đối tượng. Trong thực tế, chúng ta có thể nhận thấy rằng mọi thứ xung quanh chúng ta đều có ba kích thước, hay ba chiều. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, chúng ta có thể sử dụng các hệ thống khác nhau để biểu diễn hay mô phỏng các hình ảnh hay đối tượng theo số kích thước khác nhau.

Có ba loại hệ thống phổ biến nhất là:

2D, hay hai chiều, là hệ thống chỉ sử dụng hai kích thước để biểu diễn một hình ảnh hay một đối tượng. Ví dụ, một bức tranh, một bản đồ, một tờ giấy hay một màn hình máy tính đều là những ví dụ về hệ thống 2D. Hệ thống 2D cung cấp cho chúng ta một chế độ xem thẳng từ trên xuống, hay từ một góc nhất định, của một hình ảnh hay một đối tượng. Hệ thống 2D có thể được sử dụng để biểu diễn các hình ảnh hay đối tượng đơn giản, hay khi chúng ta chỉ quan tâm đến hai kích thước của chúng, như chiều dài và chiều rộng.
2.5D, hay hai rưỡi chiều, là hệ thống sử dụng hai kích thước cơ bản và một kích thước bổ sung để biểu diễn một hình ảnh hay một đối tượng. Ví dụ, một bức tranh phối cảnh, một bản đồ địa hình, một mô hình 3D giả lập hay một trò chơi video đều là những ví dụ về hệ thống 2.5D. Hệ thống 2.5D cho phép chúng ta xem một hình ảnh hay một đối tượng từ trên xuống và nghiêng hoặc góc cạnh, để tạo ra cảm giác về chiều sâu hay chiều cao của chúng. Hệ thống 2.5D có thể được sử dụng để biểu diễn các hình ảnh hay đối tượng phức tạp hơn, hay khi chúng ta muốn có một cái nhìn tổng quan hơn về chúng, như độ cao hay độ dốc.
3D, hay ba chiều, là hệ thống sử dụng ba kích thước để biểu diễn một hình ảnh hay một đối tượng. Ví dụ, một bức tượng, một ngôi nhà, một con người hay một vật thể bất kỳ đều là những ví dụ về hệ thống 3D. Hệ thống 3D là sự tái tạo ba chiều của một hình ảnh hay một đối tượng, cho phép chúng ta xem chúng từ mọi góc độ và khoảng cách. Hệ thống 3D có thể sử dụng các kỹ thuật khác nhau để tạo ra hiệu ứng 3D đầy đủ, như chụp cắt lớp, chụp cắt lớp hoặc chụp cắt lớp vi tính (để có được hình ảnh 3D của các cơ quan bên trong cơ thể) hoặc CT (để có được hình ảnh 3D của các vật thể rắn). Hệ thống 3D có thể được sử dụng để biểu diễn các hình ảnh hay đối tượng rất phức tạp, hay khi chúng ta muốn có một cái nhìn chi tiết hơn về chúng, như hình dạng, kết cấu hay màu sắc.

Tùy vào mục đích và yêu cầu của chúng ta, chúng ta có thể lựa chọn hệ thống phù hợp nhất để biểu diễn các hình ảnh hay đối tượng. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng, càng nhiều kích thước được sử dụng, càng nhiều thông tin được biểu diễn, nhưng cũng càng tốn nhiều thời gian và tài nguyên để xử lý. Ví dụ, một quét CT phức tạp có thể mất hàng giờ để thực hiện, và cần một máy tính mạnh mẽ để xử lý và hiển thị hình ảnh 3D. Vì vậy, chúng ta cần cân nhắc kỹ trước khi quyết định sử dụng hệ thống nào. Ví dụ: nếu mục đích của chúng ta là xem xét các quả bóng hàn bị thiếu trong BGA (ball grid array) hoặc quần short giữa chúng, thì hệ thống 2D có thể đáp ứng được. Tuy nhiên, nghiêng có thể giúp chúng ta nhìn rõ hơn nếu có các thành phần che khuất khu vực quan tâm. Hệ thống 3D có thể được sử dụng để điều tra chất lượng chi tiết của các hình ảnh hay đối tượng, nhưng cũng cần nhiều thời gian và tài nguyên hơn.

Dễ dàng sử dụng

Một số hệ thống cho phép kiểm tra tự động ở mức độ nào đó, ví dụ bằng cách lập trình trình tự kiểm tra với tiêu chí ‘đạt/không đạt’. Tất nhiên, điều này làm cho việc kiểm tra và vận hành lặp lại trở nên rất dễ dàng và cho phép thực hiện quy trình ‘nội tuyến’ nếu được yêu cầu. Tuy nhiên, việc thiết lập nó hoặc thực hiện kiểm tra đặc biệt đòi hỏi một số kỹ năng. Mặc dù các hệ thống Tia X hiện đại rất dễ sử dụng nhưng người kiểm tra cần phải hiểu tất cả các cài đặt thực hiện (ví dụ: cài đặt điện áp và độ tương phản mà chúng tôi đã đề cập trước đó) và có thể diễn giải những gì họ đang nhìn thấy, điều này đòi hỏi kiến thức hợp lý về PCB cuộc họp. Có thể có các tính năng giúp việc diễn giải hình ảnh dễ dàng hơn một chút, chẳng hạn như bằng cách áp dụng màu sắc.

Trong ví dụ dưới đây, các khoảng trống trong vật hàn được đánh dấu màu xanh lục:

Bảo trì

Bảo trì là một hoạt động quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả của thiết bị X-quang. Thiết bị X-quang là những thiết bị phát ra tia X, một loại bức xạ ion hóa, có thể gây hại cho sức khỏe nếu không được kiểm soát tốt.

Trước khi sử dụng thiết bị X-quang, bạn cần phải thông báo cho ban quản lý an toàn & sức khỏe (HSE), là cơ quan chịu trách nhiệm về an toàn, sức khỏe và môi trường lao động tại Việt Nam. Bạn cũng cần phải tuân thủ các nghĩa vụ pháp lý liên quan đến việc sử dụng thiết bị X-quang, như việc xây dựng các quy tắc hoặc thủ tục sử dụng, bổ nhiệm người giám sát và cố vấn bảo vệ bức xạ, và thực hiện các biện pháp phòng ngừa và bảo vệ bức xạ. Bạn cũng nên nhờ nhà cung cấp thiết bị tư vấn và thực hiện (ít nhất) một lần kiểm tra tình trạng hệ thống mỗi năm, để đảm bảo thiết bị hoạt động đúng cách và không gây nguy hiểm.

Thiết bị X-quang bao gồm hai bộ phận chính là ống tia X và máy dò tia X. Ống tia X là bộ phận phát ra tia X, còn máy dò tia X là bộ phận nhận và chuyển đổi tia X thành hình ảnh. Có nhiều loại ống tia X khác nhau, có thể được phân loại theo cách bảo quản và tuổi thọ của chúng. Các loại ‘ống hở’ là những ống tia X không được bảo quản kín, có thể bị hư hỏng nhanh chóng do bụi bẩn, nhiệt độ hay độ ẩm. Các loại ‘ống hở’ có thể được thay thế dễ dàng và rẻ tiền, nhưng cần phải thay thế thường xuyên, sau mỗi 200-300 giờ sử dụng. Các loại ‘ống kín’ là những ống tia X được bảo quản kín, có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt hơn. Các loại ‘ống kín’ có thể hoạt động trong nhiều năm, nhưng có giá thành cao hơn nhiều, có thể lên tới hàng nghìn bảng Anh. Vì vậy, bạn cần cân nhắc kỹ trước khi lựa chọn loại ống tia X nào, tùy vào mức độ bạn sử dụng thiết bị.

Máy dò tia X là bộ phận quan trọng để tạo ra hình ảnh từ tia X. Có hai loại máy dò tia X phổ biến là màn hình phẳng tiêu chuẩn (standard flat panel) và màn hình phẳng độ phân giải cao (high resolution flat panel). Màn hình phẳng tiêu chuẩn có độ phân giải thấp hơn, nhưng có giá thành rẻ hơn. Màn hình phẳng độ phân giải cao có độ phân giải cao hơn, nhưng có giá thành đắt hơn. Cả hai loại máy dò tia X đều bị ảnh hưởng bởi tia X, làm giảm chất lượng hình ảnh theo thời gian. Thông thường, sau 10 năm, chất lượng hình ảnh sẽ giảm khoảng 20%. Mặc dù vẫn có thể sử dụng được, nhưng bạn nên thay thế máy dò tia X sau 8 đến 12 năm, để có được hình ảnh rõ nét và chính xác hơn.

Ngoài ra, bạn cũng cần phải xác định và khắc phục các lỗi thường gặp trên thiết bị X-quang, vì mặc dù các bộ phận cấu thành có thể giống nhau, nhưng chúng có thể được lắp ráp theo những cách khác nhau, tùy vào nhà sản xuất và mô hình. Ví dụ, nguồn điện, đầu nối hoặc cáp có thể bị hỏng hoặc lỏng, làm ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị. Bạn cần kiểm tra và thay thế các bộ phận này kịp thời, để tránh gây ra các sự cố nghiêm trọng hơn.

Hy vọng thông tin trong bài viết đã giúp bạn biết được sâu hơn về ách chọn thiết bị kiểm tra bằng tia X cho sản xuất điện tử. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, xin vui lòng truy cập vào trang website COMIT và Fanpage của chúng tôi.