Kiểm tra bên trong các bộ phận ô tô bằng chụp cắt lớp độ phân giải cao

Ngành công nghiệp ô tô, một lĩnh vực đang trải qua những thay đổi căn bản – các phương tiện đang tích hợp vô số chức năng mới, đến mức ngày nay chúng ta nói về 'phương tiện thông minh'. Những tính năng mới này, chẳng hạn như nhận dạng cử chỉ, hỗ trợ ảo, theo dõi bằng mắt hoặc kiểm soát sự chú ý, sẽ bổ sung vào tiến bộ hiện tại trong việc ngăn ngừa tai nạn. Những chức năng này có thể thực hiện được nhờ sự phát triển của thiết bị điện tử và sự tích hợp của nhiều cảm biến trong các phương tiện hiện đại.  

Các yếu tố điện tử này phải mạnh mẽ và rất đáng tin cậy, phân tích lỗi trong dự án có tầm quan trọng lớn để đạt được mức chất lượng mong đợi. Hiểu cơ chế lỗi sẽ đảm bảo mức chất lượng phù hợp với sản xuất và phân phối quy mô lớn.

X-quang Microtomography tại Tập đoàn Renault

Một trong những nhiệm vụ của Phòng thí nghiệm Vật liệu của Tập đoàn Renault là tiến hành phân tích lỗi của các bộ phận khác nhau đang được phát triển. 

Việc phân tích các bộ phận điện tử tuân theo cùng một khuôn mẫu như phân tích các bộ phận cơ khí. Nó luôn bắt đầu với cái gọi là phân tích cấp 1: phân tích bằng các phương tiện không phá hủy.  

Trong trường hợp các bộ phận điện tử, các công nghệ chính được sử dụng là chụp X quang và Chụp cắt lớp điện toán tia X vi tiêu điểm. X-quang CT cho phép quan sát các đặc điểm bên trong của các bộ phận và linh kiện để phát hiện các khuyết tật và hiểu cơ chế hỏng hóc theo cách không phá hủy. Điều này cho phép khi được ủy quyền, các phân tích xâm nhập hơn, nhắm mục tiêu các mẫu rất chính xác để không phá hủy các lỗi và lỗi của chữ ký. 

Khi các thiết bị điện tử ngày càng được tích hợp nhiều hơn, thách thức đặt ra là phải trực quan hóa các khuyết tật ngày càng nhỏ hơn và do đó phải có các công nghệ có thể đạt độ phân giải rất cao. 

Để theo dõi chúng tôi, bốn ví dụ đã được chọn làm nổi bật những thách thức điển hình gặp phải. 

Độ linh hoạt tối đa cho phân tích Sub-Micron độ phân giải cao

Các phân tích được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị chụp cắt lớp nano EasyTom 160 của RX Solutions. Được tối ưu hóa để phân tích độ phân giải rất cao, hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu chụp cắt lớp xuống tới 0,4µm trên mỗi điểm ảnh ba chiều, ngay cả trên các vật thể có kích thước vài cm, điều này làm cho nó đặc biệt phù hợp để tìm các lỗi trên các thành phần điện tử nhúng mà không cần phải sửa đổi tính toàn vẹn của thành phần. 

Được trang bị một ống tiêu điểm nano và một ống tiêu điểm vi mô, một máy dò màn hình phẳng lớn và một camera X-quang có độ phân giải cao, cùng với các chế độ thu nhận tiên tiến như quét đa tỷ lệ cục bộ, thu nhận góc hạn chế, EasyTom 160 chụp cắt lớp nano cung cấp sự linh hoạt để thực hiện quét chụp cắt lớp độ phân giải cao bất kể kích thước và hình học của thành phần. 

Trong hầu hết các trường hợp, phân tích chụp cắt lớp bao gồm quét toàn bộ để xác định vị trí các bộ phận bị nghi ngờ, sau đó là một hoặc nhiều lần quét cục bộ tập trung vào các bộ phận này ở độ phân giải rất cao. 

Quá trình chuyển đổi từ cấu hình vi mô, cho phép xem toàn bộ chi tiết, sang cấu hình nano, cho hình ảnh ở độ phân giải rất cao của một thành phần cụ thể, được thực hiện trong chưa đầy một phút. Khu vực được nhắm mục tiêu có thể được xác định khi quét toàn bộ và sau đó được phóng to để quét có độ phân giải rất cao. Định tâm dễ dàng, ngay cả ở độ phân giải rất cao, nhờ chức năng trục xoay ảo định tâm vào khu vực quan tâm. 

Tính linh hoạt, dễ sử dụng và chất lượng hình ảnh chụp cắt lớp ấn tượng của EasyTom 160 khiến thiết bị này trở thành lựa chọn hoàn hảo để phân tích lỗi trong thiết bị điện tử nhúng.

C a s e n °1:  Cảm biến nước - Đi-ốt bị nứt  

Cảm biến được làm bằng thẻ bọc nhựa đen. Bộ phận được kiểm tra tổng thể: kích thước 100 x 80 x 60mm.

Lỗi: Cảm biến không hoạt động.
Thử thách phân tích: Xác định các vết nứt trên vật liệu thủy tinh rất nhỏ bên trong một chi tiết lớn.

Nguyên nhân gốc rễ : Vỡ cơ học của kính diode do ứng suất cơ học.

Giả thuyết: Các ứng suất cơ học do nhựa gây ra (ví dụ như trong quá trình trùng hợp) có thể khiến PCB bị uốn cong nhẹ do thiết kế của nó, gây ra hiện tượng gãy 2 đi-ốt nằm ở khu vực nhạy cảm nhất với sự uốn cong này.

“ Chụp CT độ phân giải cao có thể hiển thị rõ ràng các vết nứt trên kính. Phương pháp cắt cơ học sẽ không thuyết phục được vì các vết cắt có khả năng tạo ra những vết nứt này trên kính giòn. Các vết nứt có kích thước vài micron.”

Trường hợp số 2: Bảng điện tử – Ball Cracking trong BGA

Việc kiểm tra được thực hiện trên thẻ điện tử hai mặt có kích thước 50mm x 50mm.

Thất bại : Thành phần BGA không thành công. Xác định cơ chế lỗi và xác định vị trí các lỗi mà không cần cắt bảng.

Thách thức về phân tích: Xác định cơ chế lỗi và xác định vị trí các lỗi mà không cần cắt bảng. Chúng tôi cần kết hợp độ phân giải rất cao với một bảng mạch cồng kềnh để làm nổi bật các vết nứt trên các quả bóng BGA. Định vị vết nứt để thực hiện đánh bóng đúng hàng.

Nguyên nhân gốc rễ: Một vết nứt được đánh dấu trên nhật ký. Các phần chụp cắt lớp được sử dụng để xác định vị trí nhật ký bị lỗi và xác định nó: đó là nhật ký N°7 trên hàng 2. Sau đó, các phần đánh bóng được thực hiện với mục đích đánh bóng trong dòng N°2 để được đánh giá. Kính hiển vi quang học của quả bóng số 7 xác nhận vết thương được đánh dấu bằng chụp cắt lớp độ phân giải cao. Đó là sự tách lớp của quả bóng hàn ở phía thành phần, chịu ứng suất giãn nở ở nhiệt độ cao trong quá trình hàn.

“Chuyên môn chụp cắt lớp không phá hủy đã tránh được nhu cầu thực hiện nhiều vết cắt “mù” được đánh bóng trong các bộ phận nghi ngờ khác nhau.”

Trường hợp số 3: Công tắc vi mô: Ô nhiễm tiếp xúc

Bộ phận này bao gồm một thẻ được tích hợp trong một hộp kín 40 x 30 x 10 mm, với một số công tắc siêu nhỏ.

Lỗi: điện trở tiếp xúc không phù hợp với công tắc vi mô

Thách thức phân tích: Để làm nổi bật một ô nhiễm rất nhỏ được bao quanh bởi các nguyên tố kim loại nhỏ, bên trong toàn bộ bộ phận.

Nguyên nhân gốc rễ: Ô nhiễm bởi các sản phẩm ăn mòn tại giao diện vỉ/PCB: Không thể tiếp xúc.

“ Ở cấp độ của công tắc vi mô bị lỗi, chụp cắt lớp độ phân giải cao cho thấy ô nhiễm đáng kể trên bề mặt PCB và tại giao diện Track/Cloker. Do đó, tính phù hợp của việc thực hiện phân tích mà không cần mở bộ phận, giúp tránh rủi ro giả.”

Trường hợp số 4: Cảm biến áp suất: Di chuyển ion

Cảm biến bao gồm một bộ phận đo áp suất, một khung dẫn và một bộ phận lắp ráp bằng cách uốn dây. Toàn bộ được đúc quá mức trong một số khuôn đúc. Cảm biến có kích thước 5cm (không bao gồm cáp).

Lỗi: Thông tin sai do cảm biến cung cấp

Thách thức về phân tích: Để làm nổi bật các lớp cặn có mật độ rất thấp và rất mỏng trong chi tiết 5cm bằng cáp của nó.

Nguyên nhân gốc rễ: Sự xâm nhập của nước + muối tại các giao diện giữa lớp phủ và các nguyên tố kim loại khác nhau. Việc cung cấp điện khi có nước muối gây ra sự ăn mòn và di chuyển của muối kim loại giữa các rãnh khác nhau, dọc theo các giao diện tự do giữa các lớp phủ khác nhau. Điều này tạo ra các cầu dẫn điện hình thành các sợi nhánh với tướng di chuyển ion đặc trưng, ​​là nguồn rò rỉ hoặc dòng điện ngắn mạch.

“ Không thể mở những bộ phận như vậy nếu không phá hủy các đuôi gai. Chụp cắt lớp độ phân giải cao cho phép làm nổi bật các sợi nhánh này một cách chắc chắn, trong khi các thử nghiệm điện không phân biệt được (quá phụ thuộc vào các điều kiện đo lường).”

Chụp cắt lớp là một công nghệ mạnh mẽ có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ phân tích vật liệu đến kiểm tra lắp ráp đến đo kích thước.

Trong bối cảnh phân tích lỗi đối với thiết bị điện tử nhúng, chụp cắt lớp độ phân giải cao cho phép kiểm tra các bộ phận bên trong mà không gây nguy cơ làm hỏng thêm bộ phận vi phạm (điều này có thể dẫn đến hư hỏng hoặc mất các thành phần liên quan đến kết luận).