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자동 X-Ray 검사는 현대 PCBA 제조에서 가장 중요한 품질 게이트가 되었습니다. 특히 BGA, LGA 및 QFN과 같은 숨겨진 솔더 조인트가 보드를 지배하는 경우 더욱 그렇습니다. 전통적인 광학 방법이 여전히 중요한 역할을 하고 있지만 구성 요소 본체 아래에 무엇이 있는지 볼 수 없기 때문에 자동 X-Ray 검사는 2025년에 진정한 무탈출 생산을 달성할 수 있는 유일한 신뢰할 수 있는 방법입니다.
기존의 AOI 시스템과 수동 육안 검사는 전적으로 가시광선에 의존합니다. 부품이 칩의 바닥면에 놓이거나 금속 실드 아래에 숨겨지면 빛이 솔더 조인트에 도달할 수 없습니다. 최고의 500만 화소 카메라와 50× 현미경이라도 패키지의 윗면만 볼 수 있습니다.
그들은 BGA 공 내부의 공극, 브리지 및 젖지 않는 문제를 완전히 놓칩니다. 최신 고밀도 보드의 경우 이는 가장 중요한 솔더 조인트의 상당 부분이 광학적 방법으로는 사실상 보이지 않음을 의미합니다.
2025년까지 중간 가치 및 높은 가치 PCB의 75% 이상이 하단 종료 패키지를 하나 이상 포함합니다. 단일 스마트폰 마더보드에는 각각 1,000개 이상의 볼이 포함된 4~6개의 BGA 칩이 있을 수 있습니다. 서버 및 자동차 보드는 일반적으로 패널당 숨겨진 솔더 조인트가 8,000개를 초과합니다.
LGA 소켓, QFN 전원 모듈 및 비트코인 채굴기 해시 보드는 수천 개의 보이지 않는 연결을 추가합니다. 이러한 숨겨진 솔더 조인트는 현장 고장의 주요 원인이지만 정상적인 AOI 사람의 눈이나 육안으로는 그 어느 것도 볼 수 없습니다.
자동차, 의료, 항공우주, 5G 인프라 분야의 고객은 이제 50ppm 미만, 종종 10ppm 미만의 결함 탈출율을 요구합니다. 단 하나의 숨겨진 보이드 또는 헤드인필로우 결함이 현장으로 유출되면 수백만 달러의 비용이 드는 전체 차량 리콜이 발생할 수 있습니다.
2024~2025년 업계 데이터에 따르면 숨겨진 납땜 접합부 결함은 고신뢰성 전자 제품의 모든 보증 반품 중 45~65%를 차지합니다. 탈출률을 줄이는 것은 더 이상 선택 사항이 아니라 계약상의 요구 사항입니다.
여러 EMS 공장에서는 X-Ray 검사를 추가하면 전체 재작업 및 폐기 비용이 18~38% 절감된다고 보고합니다. 엔지니어가 추측하는 대신 BGA 조인트 내부를 즉시 볼 수 있기 때문에 신제품 출시를 위한 디버그 시간이 40~70% 단축됩니다.
한 Tier-1 자동차 EMS는 리콜된 모듈 하나당 보증 청구 비용이 미화 180,000달러에 달하는 것으로 계산했습니다. 중급형 X-Ray 시스템은 단 11개월 만에 투자 비용을 회수했습니다. 간단히 말해서, 공장에서 X-Ray 검사 없이 선적을 하면 매일 실제 돈이 손실됩니다.
X선은 FR-4, 솔더 마스크, 플라스틱 패키지와 같은 저밀도 물질을 쉽게 통과하는 고에너지 광자이지만 구리, 주석-납, 금과 같은 고밀도 금속에는 강하게 흡수됩니다. 경로에 금속이 많을수록 검출기에 도달하는 X선 광자가 적어서 밝거나 어두운 회색조 이미지가 생성됩니다.
땜납은 매우 밝게 나타나고, 공극은 검은색으로 나타나고, 구리는 회색으로 나타납니다. 이러한 밀도 차이가 바로 X-Ray 검사를 통해 광학 시스템에서는 볼 수 없는 숨겨진 솔더 조인트가 드러나는 이유입니다.
2D 시스템은 하나의 직선 또는 약간 기울어진 이미지를 사용하여 빠르고 저렴하지만 공이 겹치면 그림자가 생성됩니다. 2.5D 시스템은 최대 70°까지 여러 경사각을 추가하여 중첩을 줄이고 유사 깊이를 제공합니다.
True 3D CT는 보드(또는 튜브/검출기)를 360° 회전하고 수천 개의 슬라이스를 전체 체적 모델로 재구성합니다. 3D CT를 사용하면 엔지니어는 어떤 높이에서도 BGA를 슬라이스하고 추측이나 그림자 없이 정확한 보이드 볼륨을 측정할 수 있습니다.
밀봉된 튜브는 공장에서 밀봉되어 수명이 다할 때까지 유지 관리가 필요하지 않고 8,000~15,000시간 동안 지속되지만 가장 작은 스폿 크기는 일반적으로 3~5μm입니다. 개방형(마이크로 초점) 튜브는 0.5~1μm 해상도에 도달하고 100,000시간 이상 지속될 수 있지만 필라멘트는 US$8,000~15,000의 비용으로 12~24개월마다 교체해야 합니다.
대부분의 고해상도 3D CT 시스템은 개방형 튜브를 사용하는 반면 보급형 2D 기계는 밀봉된 튜브를 사용합니다.
오늘날의 평면 패널 검출기(FPD)는 뛰어난 대비를 위해 50~100μm 픽셀 피치와 16비트 깊이를 제공합니다. 여전히 오래된 기계에서 볼 수 있는 이미지 강화 장치는 세부 묘사가 손실되고 기하학적 왜곡이 발생합니다.
최종 이미지 품질에 영향을 미치는 세 가지 가장 큰 요소는 (1) X선관 스폿 크기, (2) 기하학적 배율(소스와 보드 사이의 거리), (3) 검출기 프레임 속도 및 비트 깊이입니다. 세 가지 모두에서 더 나은 값은 작은 공극과 미세 균열의 더 선명하고 깨끗한 그림을 생성합니다.
보이드는 밝은 솔더 볼 내부에 다크 서클로 나타납니다. IPC-A-610 클래스 2는 단일 볼의 보이드가 최대 30%이고 패키지 평균이 25% 이하인 것을 허용합니다. IPC 클래스 3 및 대부분의 자동차 계약에서는 이를 볼당 25% 이하, 평균 15~20% 이하로 강화합니다.
현재 많은 Tier 1 고객은 큰 보이드가 열 및 전기 성능을 감소시키고 초기 현장 오류를 유발하기 때문에 중요한 전력 및 신호 BGA 장치에서 평균 10% 이하의 보이드를 요구합니다.
헤드인필로우(HiP) 결함은 BGA 볼이 패드를 완전히 적시지 않은 어두운 초승달 모양이나 링처럼 보입니다. 이는 여러 번의 리플로우 후에 흔히 발생합니다.
비습윤은 볼과 패드 사이의 완전한 어두운 간격으로 나타납니다. 과도한 붕괴는 인접한 핀에 단락될 수 있는 납작하거나 버섯 모양의 공으로 나타납니다. 세 가지 결함 모두 AOI으로는 완전히 보이지 않지만 X선에서는 즉시 명백합니다.
인접한 BGA 또는 QFN 핀 사이의 솔더 브리지는 X선 이미지에서 밝은 흰색 연결로 나타납니다.
브릿지는 패키지 아래에 숨겨져 있기 때문에 AOI 및 육안 검사에서는 100% 놓칠 수 있습니다. 단일 숨겨진 브리지로 인해 즉각적인 전기 단락 및 보드 오류가 발생할 수 있습니다.
불충분한 솔더 볼륨은 스탠드오프 높이가 좋지 않은 더 작고 어두운 볼을 보여줍니다. 과도한 땜납은 부풀어 오르거나 버섯 모양을 만들고 단락의 위험이 있습니다.
리플로우 보이드와는 달리 조인트 내부의 페이스트 보이딩은 불규칙한 어두운 영역으로 나타나고 기계적 강도를 약화시킵니다. 모두 최신 X-Ray 소프트웨어로 쉽게 측정됩니다.
PCB에 갇힌 수분은 리플로우('팝콘' 효과) 중에 폭발하여 눈에 띄는 층 분리 또는 박리를 생성합니다. 도금된 스루홀 배럴 균열과 비아의 코너 균열도 표면에서 보이지 않습니다.
고해상도 X-ray 또는 CT는 기능 테스트 전에 이러한 결함을 포착하여 현장에서 간헐적인 오류를 방지합니다.
16~32층 보드에서는 마이크로 비아 도금 보이드, 균열된 비아, 내부층 구리 용해가 일반적이지만 완전히 숨겨져 있습니다.
고배율 3D CT만이 보드를 절단하여 도금 두께와 비아 무결성을 드러낼 수 있습니다. 이러한 결함은 보드가 얇아지고 레이어 수가 증가함에 따라 점점 더 우려되고 있습니다.
최신 2D 또는 2.5D 시스템은 일반적으로 5~15초 안에 하나의 보드를 완료하므로 교대당 500~2,000개의 보드를 실행하는 라인에 적합합니다. 고속 인라인 3D CT 시스템(예: Omron VT-X750 또는 Nordson Quadra 7)은 보드당 25~60초가 필요하지만 컨베이어에서 완전 자동으로 실행됩니다.
실험실 수준의 오프라인 3D CT는 수천 개의 투영을 수집하므로 보드당 3~15분이 소요될 수 있습니다. 실제 공장에서는 가전제품에는 2D/2.5D가 선택되는 반면 자동차, 의료 및 서버 생산에는 3D CT가 사용됩니다.
2D 이미지에서는 그림자가 겹쳐서 문제가 발생합니다. 엔지니어들은 어두운 점이 빈 공간인지 아니면 그냥 위에 있는 또 다른 공인지 추측하는 경우가 많습니다. 2.5D는 경사 뷰와의 겹침을 줄이지만 여전히 실제 보이드 볼륨을 측정할 수는 없습니다.
True 3D CT는 전체 솔더 볼을 3D로 재구성하므로 소프트웨어가 서브미크론 정확도로 각 패드의 정확한 보이드 비율, 볼 높이 및 솔더 두께까지 계산할 수 있습니다. 클래스 3 및 자동차 제품의 경우 3D CT만이 '추측 불가' 요구 사항을 충족합니다.
일반적인 2D/2.5D 캐비닛의 크기는 약 1.2m × 1.5m이고 무게는 2톤 미만이므로 라인 어디든 쉽게 배치할 수 있습니다.
고급 3D CT 시스템은 훨씬 더 크며(2.5m × 3m 이상) 무거운 화강암 베이스, 회전 조작기 및 추가 납 차폐로 인해 무게가 6~10톤에 달할 수 있습니다. 많은 공장에서는 3D CT 전용 차폐실을 구축해야 하므로 바닥 공간과 건설 비용이 추가됩니다.
중간 수준의 신뢰성 요구 사항, 높은 처리량 및 대부분 표준 피치BGA(0.8mm 이상)가 있는 경우 2D/2.5D를 사용합니다.
제품이 자동차 ADAS, 항공우주 항공 전자 공학, 5G 기지국, 의료용 임플란트 또는 단일 숨겨진 결함으로 인해 기계 자체보다 비용이 더 많이 들 수 있는 보드인 경우 3D CT를 선택하십시오.
하루 50개 미만의 보드 → 오프라인 2D/2.5D이면 충분합니다. 하루 50~500개 보드 → 오프라인 2.5D 또는 보급형 3D CT. 하루 500개 이상의 보드 → 병목 현상 없이 SMT 라인 흐름을 유지하려면 컨베이어와 SMEMA 핸드셰이크가 포함된 인라인 3D CT가 필수입니다.
보급형 기계는 300mm × 250mm 패널을 처리합니다. 중간 범위는 510mm × 510mm로 이동합니다. 최고급 인라인 시스템은 610mm × 610mm 이상의 서버 패널을 수용합니다.
두꺼운 전원 모듈(4~6mm) 및 20~32 레이어 보드에는 대비 손실 없이 구리와 프리프레그를 관통하기 위해 더 강한 X선 튜브(160~225kV)가 필요합니다.
표준 1.0mm/0.8mm 피치 BGA → 3~5μm 스폿 크기이면 충분합니다. 0.4~0.5mm 초미세 피치 BGA 및 01005 패시브 → 1μm 미만의 마이크로 초점 지점이 필요합니다. 휴대폰의 마이크로BGA 및 웨이퍼 레벨 패키지 → 이제 0.5 µm 이상이 일반적입니다.
오프라인 머신은 수동으로 로드되며 NPI, 오류 분석 및 중소 규모 볼륨에 적합합니다.
인라인 기계는 리플로우 후 SMT 라인에 직접 위치하며 사람의 손길이 없이 컨베이어를 통해 자동으로 보드를 수신하고 검사하며 합격/불합격을 분류합니다. 일일 생산량이 400~500보드를 초과하는 경우 인라인이 필수적입니다.
평판이 좋은 캐비닛은 모든 표면에서 5cm 거리에서 누출을 0.5 µSv/h 미만으로 유지합니다. 이는 많은 도시의 자연 배경보다 낮습니다.
FDA/CDRH 등록(미국), CE 마크(유럽) 및 중국 GBZ 117 인증을 확인하세요. 도어 인터록, 비상 정지 및 개인 선량계는 표준 안전 기능입니다.
2025년 필수 기능: 자동 보이드 비율 계산, BGA 볼 카운팅 및 누락 볼 감지, 3D 슬라이싱, CAD/Gerber 오버레이, AI 결함 분류, MES/SPC 시스템으로 직접 내보내기.
좋은 소프트웨어는 작업자 검토 시간을 80% 단축하고 판단 시 사람의 실수를 없앨 수 있습니다.
엔지니어는 Gerber, ODB++ 또는 CAD 파일을 가져오고 모든 BGA/QFN 주위에 관심 영역(ROI)을 정의하고 알려진 양호한 보드를 황금 샘플로 캡처한 다음 볼 직경, 보이드 비율 및 정렬에 대한 공차 창을 설정합니다. 최신 소프트웨어는 며칠이 아닌 30~90분 만에 프로그래밍을 완료합니다.
모든 교대는 기하학적 배율, 대비 및 검출기 선형성을 확인하는 교정 쿠폰으로 시작됩니다.
30초의 빠른 스캔을 통해 시스템이 사양 내에 있는지 확인합니다. 많은 공장에서는 생산이 시작되기 전에 반복성을 확인하기 위해 매일 골든 보드를 운영합니다.
다품종 소량 라인은 수동 경사 뷰와 운영자 판단을 사용합니다.
대용량 라인은 고정 각도, 자동 초점, 소프트웨어가 실시간으로 통과/실패 결정을 내리는 완전 자동화된 레시피를 실행합니다.
인라인 3D CT 시스템은 서로 다른 제품 간에 5초 이내에 레시피를 전환할 수 있습니다.
결함이 표시되면 소프트웨어는 정확한 X/Y 좌표와 3D 슬라이스를 표시합니다. 운영자 또는 수리 스테이션은 문제에 동그라미가 표시된 명확한 이미지를 받습니다.
실제 결함은 재작업을 거쳐야 합니다. AI 모델을 개선하기 위해 잘못된 호출이 피드백됩니다.
최신 X-ray 기계는 공극률, 볼 높이 통계, 결함 이미지, 수율 수치를 공장 MES 및 SPC 플랫폼으로 직접 내보냅니다.
관리자는 보이드 추세에 대한 실시간 파레토 차트를 확인하고 고장난 모든 보드를 일련 번호로 추적하여 진정한 폐쇄 루프 프로세스 제어를 가능하게 합니다.
매일: 보풀이 없는 천과 이소프로필 알코올로 감지기 창을 닦고, 도어 인터록과 비상 정지 버튼을 확인하고, 교정 쿠폰을 실행하고, 냉각수 온도를 확인합니다(160kV+ 기계).
매주: 캐비닛 내부를 진공 청소기로 청소하고 조작기 레일을 청소하고 케이블의 마모 여부를 검사합니다.
월별: 개방형 튜브 시스템에서 필라멘트 전류와 점 크기를 확인하고, 냉각 장치의 공기 필터를 교체하고, 보정된 가이거 계수기로 전체 방사선 누출 조사를 수행합니다. 이 간단한 일정을 따르면 가동 시간이 98% 이상으로 유지되고 비용이 많이 드는 예상치 못한 가동 중지 시간이 방지됩니다.
최신 캐비닛은 2~5mm 납 등가 강철 패널과 납유리 창을 사용하여 모든 외부 표면에서 누출을 0.5μSv/h 미만으로 줄입니다. 이중 인터록 스위치는 문이 열리면 즉시 고전압을 차단합니다.
작업자는 반지나 손목 선량계를 착용합니다. 월별 판독값은 일반적으로 5~20μSv입니다(법적 제한인 연간 20mSv보다 훨씬 낮음). 임신한 근로자는 콘솔 영역에서 멀리 떨어진 곳에 배정됩니다. 수백 개의 공장에서 얻은 실제 데이터에 따르면 수십 년 동안 사용해도 측정 가능한 건강 영향이 전혀 없는 것으로 나타났습니다.
평판이 좋은 모든 기계에는 기계류 지침 및 EMC 지침에 따른 CE 마크, 미국 FDA/CDRH 등록 및 중국 GB 18871/GBZ 117 인증이 있습니다. IEC 62356-1은 특히 산업용 X선 장비의 방사선 안전을 관리합니다.
대부분의 국가에서는 연간 제3자 방사선 조사 및 기록이 필수입니다. 인증된 시스템을 구입하면 법적 위험이 제거되고 첫날부터 모든 자동차 및 의료 감사관의 만족을 얻을 수 있습니다.
2025년 말까지 최고의 시스템은 보이드, HiP, 브리징 및 누락된 볼에 대해 98% 이상의 자동 분류 정확도를 달성합니다.
수백만 개의 실제 BGA 이미지로 훈련된 딥 러닝 모델은 운영자 검토 시간을 보드당 30~40분에서 3분 미만으로 줄입니다. 일부 공장에서는 오콜율이 25%에서 2% 미만으로 감소하여 대량 라인에서도 100% X-Ray 검사가 가능하다고 보고했습니다.
새로운 투과형 및 액체 금속 제트 튜브는 이제 생산 기계에서 200-500 nm 스팟 크기에 도달합니다(이전에는 실험실 전용). 이 튜브를 통해 엔지니어는 0.3mm 피치 마이크로BGA 및 008004 패시브를 명확하게 볼 수 있습니다.
Nikon, Nordson 및 Comet은 오늘 이 튜브를 배송하고 있으며 지난 18개월 동안 가격이 30~40% 하락했습니다.
인라인 3D CT 시스템은 이제 실시간 공극률과 볼 높이 데이터를 솔더 페이스트 프린터와 배치 기계로 직접 보냅니다.
평균 기포 발생률이 12%를 초과하면 프린터는 자동으로 스텐실 조리개를 줄이거나 추가 인쇄 스트로크를 추가합니다. 이 폐쇄 루프 수정은 사람의 개입 없이 수율을 99.9% 이상으로 유지합니다.
전체 3D CT 데이터 세트가 공장 디지털 트윈에 업로드됩니다. 엔지니어는 단일 물리적 장치를 구축하기 전에 가상 보드에서 열 순환 및 낙하 테스트를 시뮬레이션합니다.
보이드 위치와 크기는 장기적인 신뢰성 모델과 연관되어 있으므로 설계 팀은 생산 후가 아닌 CAD 단계에서 문제를 해결할 수 있습니다. 선도적인 자동차 및 서버 OEM은 이미 공급업체 계약에서 디지털 트윈 지원 X선 데이터를 요구하고 있습니다.
최신 PCBA X선 시스템은 2~5mm 납 등가 차폐 기능을 갖춘 완전히 밀폐된 캐비닛입니다. 표면 5cm에서 측정된 누출은 일반적으로 0.2~0.5μSv/h입니다. 이는 많은 도시의 자연 배경 방사선(0.3~0.8μSv/h)보다 낮습니다. 연간 작업자 선량은 일반적으로 0.05~0.3mSv로, 국제 한도인 연간 20mSv보다 훨씬 낮습니다. 임신한 작업자는 스캔 중에 캐비닛 바로 옆에 서지 마십시오. 20년 이상 이 기계를 사용한 실제 공장에서는 방사선 관련 건강 사고가 전혀 발생하지 않았다고 보고했습니다.
단일 도구가 모든 것을 대체할 수는 없습니다. AOI 눈에 보이는 결함(삭제 표시, 구성 요소 누락, 극성)에 탁월합니다. X-ray는 숨겨진 납땜 접합부와 내부 PCB 결함을 확인할 수 있는 유일한 방법입니다. ICT와 플라잉 프로브가 전기적 연결을 검증합니다. 2025년 업계 모범 사례는 고신뢰성 기판에 대한 AOI → X-ray → ICT입니다. 세 가지를 모두 함께 사용하면 일반적으로 1차 통과 수율이 99.5% 이상, 현장 반환은 50ppm 미만이 됩니다.
2023~2025년의 실제 EMS 데이터는 다음을 보여줍니다. – 소비자/중규모 공장: 12~18개월 – 자동차/의료/고신뢰성 공장: 6~12개월 – 서버 및 통신 공장: 종종 4~9개월 투자 회수는 재작업 감소, 스크랩 감소, NPI 디버깅 시간 단축 및 보증 청구 회피에서 비롯됩니다. 한 Tier-1 EMS는 현장 오류를 예방할 때마다 US$8,000~$150,000를 절약한다고 계산했습니다. 따라서 US$250,000의 3D CT 시스템이라도 신속하게 비용을 지불할 수 있습니다.
IPC-A-610-H(2020) 및 최신 자동차 표준: – 클래스 2: 단일 볼에서 30% 이하의 보이드, 패키지 전체에서 평균 25% 이하 – 클래스 3 및 대부분의 자동차: 단일 볼 25% 이하, 평균 15~20% – 많은 Tier-1 OEM(Tesla, Bosch, Huawei, Nvidia)은 이제 중요 전력/신호 볼에서 평균 10% 이하, 패키지 전체에서 보이드 20%를 초과하지 않도록 규정합니다. 25%보다 큰 보이드는 열 순환 수명을 크게 감소시키며 완전히 거부됩니다.
예. 모든 최신 X-Ray 시스템은 양면 리플로우 보드를 문제 없이 처리합니다. 완성된 노트북, 스마트폰, 자동차 ECU, 심지어 완전한 LED 조명 엔진도 정기적으로 검사됩니다. 기울이기 및 회전 기능을 통해 작업자는 상단 이미지와 하단 이미지를 명확하게 구분할 수 있습니다. 일부 공장에서는 X선 완전 박스형 전원 공급 장치를 사용하여 내부 솔더 조인트와 와이어 드레스를 점검하기도 합니다.
