Análisis comparativo de equipos de Rayos X en 2D contra 3D ...
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Análisis comparativo de equipos de Rayos X en 2D contra 3D en inspección de Conectores con Soldadura Cargada Alfonso Romero 1 [email protected] RESUMEN. La industria electrónica ha enfrentado constantes retos al tener que modificar sus diseños y desarrollos de su forma tradicional a nuevas tendencias que se marcan en el mercado y requerimientos de incremento de velocidad, confiabilidad, entre otros que promueven el incremento de recursos en investigación y desarrollo para lograr ofrecer confianza y seguridad al momento de implementar nuevas tecnologías, esto indudablemente nos lleva a análisis con equipos de alta y avanzada tecnología como son los equipos de Rayos X, los cuales nos permiten acceder y obtener información que ningún otro sistema podría lograr. Una vez con la información de los resultados concentrados en las pruebas y análisis, tendremos las suficientes herramientas para lograr una elección correcta de equipos de inspección por rayos X al momento de requerir introducir algún tipo de nueva tecnología en el proceso. Palabras Claves: Tecnologia de Soldadura cargada, Rayos X, Confiabilidad. 1 INTRODUCCIÓN. EL proceso y diseño de ensamble de componentes con tecnología superficial se ha desarrollado durante décadas, madurando y afinando de forma continúa los procesos y tecnologías de adherencia de los componentes a la tablilla de circuito impreso. De tal forma que la introducción de nuevas tecnologías de unión de soldadura en componentes de montaje superficial utilizando equipo de soldado con un reflujo común o estándar, no solo requerirá investigación y desarrollo en la parte colocación, sino también será aun mas importante el desarrollo de formas de validación y clasificación de la unión posterior a su soldado, ya que de esta dependerá la fiabilidad y confianza del producto. Este documento se enfocara en la verificación y comprobación de las uniones usando equipos de inspección por rayos X 2d y 3D, así como las comparaciones entre ambos tipos
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Análisis comparativo de equipos de Rayos X en 2D contra 3D en inspección de
Conectores con Soldadura Cargada
Alfonso Romero1
RESUMEN.
La industria electrónica ha enfrentado constantes retos al tener que modificar sus diseños
y desarrollos de su forma tradicional a nuevas tendencias que se marcan en el mercado y
requerimientos de incremento de velocidad, confiabilidad, entre otros que promueven el
incremento de recursos en investigación y desarrollo para lograr ofrecer confianza y
seguridad al momento de implementar nuevas tecnologías, esto indudablemente nos
lleva a análisis con equipos de alta y avanzada tecnología como son los equipos de
Rayos X, los cuales nos permiten acceder y obtener información que ningún otro sistema
podría lograr.
Una vez con la información de los resultados concentrados en las pruebas y análisis,
tendremos las suficientes herramientas para lograr una elección correcta de equipos de
inspección por rayos X al momento de requerir introducir algún tipo de nueva tecnología
en el proceso.
Palabras Claves: Tecnologia de Soldadura cargada, Rayos X, Confiabilidad.
1 INTRODUCCIÓN.
EL proceso y diseño de ensamble de componentes con tecnología superficial se ha
desarrollado durante décadas, madurando y afinando de forma continúa los procesos y
tecnologías de adherencia de los componentes a la tablilla de circuito impreso. De tal
forma que la introducción de nuevas tecnologías de unión de soldadura en componentes
de montaje superficial utilizando equipo de soldado con un reflujo común o estándar, no
solo requerirá investigación y desarrollo en la parte colocación, sino también será aun mas
importante el desarrollo de formas de validación y clasificación de la unión posterior a su
soldado, ya que de esta dependerá la fiabilidad y confianza del producto.
Este documento se enfocara en la verificación y comprobación de las uniones usando
equipos de inspección por rayos X 2d y 3D, así como las comparaciones entre ambos tipos
de verificación en componentes con este tipo de tecnología de adhesión de soldadura
mostrada en la fig. 1
Figura 1: Unión con Adhesión de Soldadura
A través del tiempo en la industria electrónica se a observado una tendencia general en
la reducción de costos, incremento de densidad en el volumen de componentes en los
ensambles electrónicos, incremento de velocidades de transferencia de daros y mayor
fuerza de adhesión. Lo anterior demanda el tener formas de validación y comprobación
que asegure la confianza al momento de introducir nuevas tecnologías al proceso
tradicional, esto de forma tradicional y con los equipos que se cuentan de forma común,
solo se logra a través de la inspección por Rayos X o bien mediante el uso de pruebas
destructivas, los cuales han brindado una base de fiabilidad de los ensambles electrónicos
al demostrar de forma constante los grandes beneficios que se pueden lograr con la
correcta generación de programas de inspección en los equipos 3D, con las bondades
de análisis en los equipos 2D y en su caso, con la realización de pruebas destructivas se
llega a lograr una infinidad de posibles análisis en áreas especificas, que si bien lo idóneo
en la industria de manufactura electrónica es que estos 2 tipos de tecnología por rayos X
sean un complemento la una de la otra a fin de lograr un análisis completo en el proceso
de investigación y desarrollo de nuevos procesos y tecnologías.
La comparativa del análisis y entendimiento entre estas tecnologías nos brindara un
amplio panorama en la correcta selección de qué tipo de inspección es la necesaria de
acuerdo a los requerimientos en un momento dado ya que en la mayoría de los casos el
realizar una prueba destructiva no es una opción viable como podemos observar en la
figura 2. Teniendo el conocimiento del alcance y restricciones de estas. Asegurándonos
que el método o proceso seleccionado lograra la viabilidad y demostrara confiabilidad y
certeza en los datos obtenidos para en consecuencia lograr una correcta identificación
de las características de la unión de soldadura del componente analizado y poderlo
replicar en tantos ensambles como sea necesario brindando al cliente una confianza total
de que el producto estará libre de defectos y fallas a consecuencia del proceso.
Figura 2: Vistas de tipos de Inspección de confiabilidad de Uniones de soldadura en
componentes de soldadura adherida a la terminal.
2 FUNDAMENTOS
Este nuevo tipo de tecnología, como se muestra en la Figura 1, se encuentra conformada
solamente por una terminal de metal estándar estampada con un componente de
soldadura ya sea con aleación conteniendo o no plomo, según la necesidad y con el
conocimiento que se han implementado diferentes y variadas consideraciones
especificas al momento de la fabricación del componente para mejorar la soldabilidad.
La soldadura por si sola se extiende bajando hasta el final de la terminal, es cuando la
soldadura se mezcla, produciendo un asentamiento en general del componente
provocando la unión prácticamente directa entre la terminal y el área del circuito impreso
para esa unión, lo cual ayuda a resolver de forma inherente problemas de alineación y
nivelación del componente.
Mediante el conocimiento del proceso con el cual es ensamblado y se produce el
proceso del soldabilidad entre el componente y la tablilla de circuito impreso, podemos
tener idea de el tipo de imagen que se obtendrá en los equipos de inspección por rayos X
y a su vez, tener una referencia inicial de las condiciones y requerimientos que se tendrán
para lograr demostrar la confiabilidad de la unión de soldadura, lo cual nos ofrece una
validación del proceso previo, al ser esto el resultado de lo realizado.
Es bien sabido que el uso de la tecnología de inspección por rayos X en 3D (Figura 3-c) es
de uso general para inspección en línea y de forma masiva, siendo una herramienta de
verificación en muchos de los casos del 100% de los ensambles electrónicos producidos y
como parte de los requerimientos de validación de confiabilidad de los productos en
tanto que para los equipos de rayos X en 2D (Figura 3-b) son de uso principal en análisis de
laboratorio y verificación en áreas de reparación de este tipo de tecnología que no
pueden ser visualizadas con un microscopio estándar, teniendo en este ultimo opciones
avanzadas para generación de imágenes 3D mediante tomografía computarizada y/o un
método similar llamado Lamino grafía (Figura 3-d).
Figura 3: Vistas de tipos de Inspección de confiabilidad de Uniones de soldadura en
componentes de soldadura adherida a la terminal.
Para fines de validación y verificación del proceso, se tomara el criterio preestablecido como recomendaciones por parte del proveedor del componente quien diseño y a su vez verifico que estos criterios satisfacen la necesidad de confianza en las uniones de soldadura de las terminales con la tablilla de circuito impreso el cual documento mediante el documento [1] “AS-45970-002 Solder Joint Pass / Fail Criteria For Molex Connectors”.
3 PROCEDIMENTO
Para el proceso de esta investigación se realizara el ensamble de un componente de este
tipo en una tablilla diseñada para la realización de pruebas la cual evaluaremos de
acuerdo al criterio de aceptación y rechazo definido por el proveedor del componente [1]
y a los estándares internacionales definido a través del IPC-9701 [2].
Posterior a la colocación del componente, se procedió con la inspección mediante un
equipo de inspección por rayos X en 3D (Figura 4), realizando a la vez el programa de
inspección automática para que con esto, el equipo de forma automática mediante
algoritmos diseñados específicamente para cada tipo de terminal, sean capaces de
detectar uniones de soldadura en mal estado y/o proveer información para análisis de
este tipo de uniones.
Figura 4: Imagen del Componente en R-X obtenido a través de un equipo 3D.
Realizando la inspección automática, se logro obtener los resultados mostrados en la
Figura 6, teniendo en consideración que se definieron parámetros muy ajustados para
detectar posibles anomalías en las características y detalles de este tipo de uniones en
comparación con la mayoría.
Figura 6: Resultados Obtenidos en equipo
de R-X 3D
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31
50 49 48 47 46 45 44 43 42 41
60 59 58 57 56 55 54 53 52 51
70 69 68 67 66 65 64 63 62 61
80 79 78 77 76 75 74 73 72 71
90 89 88 87 86 85 84 83 82 81
100 99 98 97 96 95 94 93 92 91
110 109 108 107 106 105 104 103 102 101
120 119 118 117 116 115 114 113 112 111
130 129 128 127 126 125 124 123 122 121
140 139 138 137 136 135 134 133 132 131
150 149 148 147 146 145 144 143 142 141
160 159 158 157 156 155 154 153 152 151
170 169 168 167 166 165 164 163 162 161
180 179 178 177 176 175 174 173 172 171
190 189 188 187 186 185 184 183 182 181
200 199 198 197 196 195 194 193 192 191
Teniendo como precedente la información del equipo de R-X 3D, se procedió con la
verificación del equipo de R-X 2D haciendo uso de la opción de Tomografia
Computarizada (Figura 7), ya que las opciones simples del 2D no brinda el nivel de
resolución y confianza requerida, logrando asi muy buenos resultados.
Figura 7: Imagen Obtenida de un equipo de R-X 2D con el uso de Tomografía
Computarizada.
Con los datos obtenidos mediante la colección de imágenes obtenidas a través del
equipo 2D para la realización de la Tomografía y el uso del software para el
procesamiento e integración de las imágenes capturadas de cada ángulo del ensamble
para la reconstrucción de una imagen por completo en 3D como se muestra en la Figura
8.
Figura 8: Imágenes de equipo 2D procesadas a través del software de reconstrucción.
Enfocándonos en las terminales y uniones con anormalidad, acotamos el area de
a estos, como se muestra en la fig. 9
Figura: 9
Al tener anormalidades Menores y Mayores, a fin de clasificar limites real
enfocaremos de inicio en las uniones con
disminución a solo 5 uniones a analizar
Figura: 10 extracciones
en las terminales y uniones con anormalidad, acotamos el area de
mo se muestra en la fig. 9
Figura: 9 extracciones de las áreas de interés.
Al tener anormalidades Menores y Mayores, a fin de clasificar limites real
enfocaremos de inicio en las uniones con Anormalidades mayores realizando la
disminución a solo 5 uniones a analizar tal como se muestra en la Figura 10.
extracciones de las Anormalidades mayores
en las terminales y uniones con anormalidad, acotamos el area de interés
Al tener anormalidades Menores y Mayores, a fin de clasificar limites reales re-
Anormalidades mayores realizando la
Analizando las uniones de soldadura 8 y 9 a detalle y con la imagen
de la reconstrucción de las imágenes
que la malformación de la unión
proceso con posibilidad de tener
mejorar su desempeño o ejecución del proceso.
Figura 11
En el pin 11, como se muestra en
resto de las uniones que sin embargo se encuentran con una
Figura
Analizando las uniones de soldadura 8 y 9 a detalle y con la imagen volumétrica
imágenes con Tomografía Computarizada, se logro observar
unión (Figura 11) podría considerarse como un indicador del
proceso con posibilidad de tener parámetros en los procesos previos que tengan que
ejecución del proceso.
11: Visualización de las terminales 8 y 9
En el pin 11, como se muestra en la Figura 12, se observo que se tiene una diferencia al
resto de las uniones que sin embargo se encuentran con una condición aceptable.
Figura 12: Visualización de la terminal 12
volumétrica a través
, se logro observar
considerarse como un indicador del
en los procesos previos que tengan que
la Figura 12, se observo que se tiene una diferencia al
aceptable.
En lo que corresponde a la terminal 14
diferencia en la formación
circundantes.
Figura
Figura 14:
4 CONCLUSION -----
En base a los resultados observados obtenidos p
de R-X 2D como el 3D son capaces de detectar y proveer
evaluación del desempeño del proceso de ensamble y la confiabilidad de lo producido,
En lo que corresponde a la terminal 14 (Figura 13) y terminal 24 (Figura 14) se observa una
de la soldadura en referencia al resto de las terminales
Figura 13: Visualización de la terminal 14
Figura 14: Visualización de la terminal 24
En base a los resultados observados obtenidos por ambas tecnologías, tanto
son capaces de detectar y proveer información importante para la
del desempeño del proceso de ensamble y la confiabilidad de lo producido,
se observa una
erencia al resto de las terminales
tanto los equipos
importante para la
del desempeño del proceso de ensamble y la confiabilidad de lo producido,
demostrando que de forma general en un ambiente de producción normal, es preferente
que un equipo realice la evaluación de forma automática, sin embargo, el lograr que el
equipo automático, que en este caso es el 3D, realice una validación por completo eficaz
y real, requiere en ocasiones un análisis aun mas exhaustivo para lograr determinar el nivel
y condiciones necesarias para clasificar un tipo de unión como aceptable o rechazado.
Con esto comprobamos que la condición ideal para desarrollar e iniciar la producción de
ensambles con nueva tecnología, nos exige mantener ambas capacidades disponibles y
utilizables de forma constante en la lucha incesante por mantener la mejora constante.
REFERENCIAS
[1] MOLEX, AS-45970-002 Solder Joint Pass / Fail Criteria For Molex Connectors, 2012
[2] IPC, IPC-9701 Performance Test Methods and Qualification Requirements for Surface
Mount Solder, 2002
