PCB X 光檢測詳解：用於 PCB 組裝品質控制的非破壞性測試

在微型化時代，現代印刷電路板（PCB）面臨一項看不見的挑戰：驗證藏在元件下方的焊點品質。球柵陣列（BGA）封裝的間距已縮小到 0.3 mm，而無引腳扁平封裝（QFN）元件又將關鍵的熱連接隱藏起來，傳統光學方法對這些最關鍵的失效點根本「視而不見」。

PCB X 光檢測應運而生，成為最終解決方案。本指南深入探討 X 光檢測的技術基礎、應用與驗收標準，讓工程師能確保製造可靠性。

PCB X 光檢測可揭示 BGA 元件下方隱藏的焊點與氣孔。

什麼是 PCB X 光檢測？

PCB X 光檢測，亦稱自動 X 光檢測（AXI），是一種用於 PCB 組裝的非破壞性檢測（NDT）技術，可評估光學檢測無法看見的內部特徵。

AXI 利用 X 光穿透 PCB 材料與電子元件，產生透射影像，揭示 BGA、QFN 或 LGA 封裝下方隱藏的焊點、電鍍通孔內的焊料填充品質，以及內部打線等結構。

不同於自動光學檢測（AOI）僅利用反射光檢查可見表面，X 光檢測能發現次表面缺陷，包括氣孔、焊料不足、橋接與偏移。

因此，PCB X 光檢測在確保焊點可靠性方面扮演關鍵角色，尤其對高密度、細間距與先進封裝技術。

為何現代 PCB 不可或缺 X 光檢測

隨著密度提高，「視線」已消失。導入PCB X 光檢測可透過以下關鍵優勢提升製造品質：

● 隱藏焊點：BGA、CSP 與覆晶的焊點完全位於封裝下方，光學檢測無法看見。

● 高密度：01005 被動件與高密度互連（HDI）需要手動檢測無法達到的精度。

● 可靠性：對 JLCPCB 的工業與車用客戶，驗證氣孔百分比是防止熱失效的關鍵。

● 早期缺陷偵測與良率提升：在功能測試前發現氣孔或橋接等內部缺陷，可避免昂貴的報廢與重工，及早發現問題可顯著提升一次良率（FPY）。

● 製程優化的回饋循環：X 光數據為 SMT 產線提供量化回饋；若氣孔率上升，工程師可立即調整回焊曲線或鋼板開口，防止缺陷擴散。

PCB X 光檢測的運作原理

X 光成像基本原理

X 光 PCB 檢測基於 X 光的不同吸收率。當光子（30–160 keV）穿透 PCBA 時，材料依原子序（Z）與密度吸收光子。

● 高衰減（亮白）：無鉛焊料合金（SAC305：錫–銀–銅）原子序為50（Sn）、47（Ag）與29（Cu）。

● 中等衰減（灰）：銅導線（Z = 29）。

● 低衰減（暗）：FR-4 基材與矽晶（Z = 14）吸收極低，在影像中呈現最暗。

衰減差異形成灰階影像，使焊點、元件引腳與內部結構可視化。影像對比遵循Beer-Lambert 定律：

其中 I 為穿透強度， I0 為入射強度， 𝜇 為線性衰減係數， x 為材料厚度。

X 光檢測顯示矽晶與錫鉛焊點間的光子衰減差異。

2D X 光與 3D CT X 光檢測

需要 X 光檢測的 PCB 元件

BGA X 光檢測

球柵陣列是導入 X 光的主因。檢測驗證：

● 球體形狀：確保回焊塌陷均勻。

● 對位：檢查 BGA 球與 PCB 焊墊是否偏移。

● 氣孔：量化焊球內的氣泡。

QFN / LGA X 光檢測

無引腳封裝的關鍵在於散熱焊墊。

● 接地：確保中央大焊墊與 PCB 接地平面焊接良好。

● 填角檢查：驗證側面端點潤濕；X 光主要量測底部焊料體積。

通孔與多層板

X 光可穿透板材，檢查電鍍通孔（PTH）完整性。

● 孔內填錫：確認焊料填充 >75% 孔高（IPC Class 2）。

● 層間對位：在 JLCPCB 最高 32 層板中，X 光確保鑽孔與內層銅環完美對位。

PCB X 光檢測常見缺陷

1. 焊料氣孔與氣孔率

氣孔為回焊時被困住的空氣。BGA 檢測是導入 X 光的主因，現代 0.4 mm 間距 BGA 的焊點完全無法以光學檢視。

● 風險：高氣孔率降低熱傳導與機械強度。

● 量測：

2. 開焊與枕頭效應（HiP）

開焊（不潤濕）：焊點與元件端子或 PCB 焊墊完全分離，X 光下常呈現完美球體（未塌陷）或直徑明顯小於鄰近焊點。

枕頭效應（HiP）：BGA 球置於錫膏上卻未融合，常因元件翹曲或氧化所致；與完全開焊不同，HiP 造成間歇性電氣連接。X 光可於焊點輪廓中辨識「腰線」或分離線，光學無法看見。

3. 焊料橋接與短路

橋接在 X 光下呈亮白带連接相鄰焊墊，是唯一能偵測 BGA 或屏蔽罩下方橋接的方法。

4. 焊料不足或過多

透過灰階密度（厚度）分析，演算法可判斷焊點「缺錫」或「過多」，避免短路風險。

5. QFN 散熱焊墊氣孔

QFN 將連接集中於中央接地焊墊，氣孔過多（>20–30%）會影響散熱。X 光可量測實際焊料體積與元件邊緣潤濕角度。

X 光影像展示典型 SMT 缺陷，包括 BGA 氣孔、焊橋與枕頭效應。

PCB X 光檢測 vs 其他檢測方法

X 光檢測 vs AOI（自動光學檢測）

● AOI：使用相機/光源，適合元件存在性、極性與可見焊點（0201、SOIC），無法看見封裝下方。

● X 光：使用光子，對 BGA/QFN 必不可少，速度較 AOI 慢。

X 光檢測 vs ICT（線上電測）

● ICT：使用電性探針，驗證電阻、電容與邏輯，找出「死掉」的零件或硬短路。

● X 光：驗證物理結構，找出「邊緣」焊點（如 HiP 或過多氣孔），這些可能電性通過 ICT 但日後機械失效。

何時需要 X 光檢測──何時不需要

● 需要：BGA、LGA、CSP、具散熱焊墊的 QFN、金屬屏蔽罩。

● 不需要：簡單 SMT（電阻/電容）與 SOIC 封裝，AOI 已足夠快速且低成本。

IPC 標準與 X 光檢測驗收準則

相關 IPC 標準

● IPC-A-610：「電子組件可接受性」。

● IPC-7095：「BGA 設計與組裝製程實施」。

BGA 與 QFN 氣孔驗收指引（IPC Class 2）

JLCPCB 的品質控制標準遵循 IPC Class 2，並嚴格落實於所有組裝等級，從機器人到消費性應用，確保產品與服務品質。

PCB X 光檢測的限制

X 光無法偵測的項目

● 電氣邏輯：無法判斷晶片內部是否燒毀或空白，僅能確認焊接是否正確。

● 零對比材料：鋁線打線對鋁焊墊（某些 COB 技術）若無先進相位對比 X 光難以成像。

● 冷焊（有時）：焊點外形完美但冶金結合弱，X 光可能遺漏（需物理拉力測試）。

成本與產能考量

● 瓶頸：X 光遠慢於 AOI，大量生產時通常僅對特定元件（BGA）執行 100% 檢測，而非整板，以維持產線產能。

● 判讀：雖 AI 持續進步，複雜影像（如 CT 重建）仍需熟練操作員覆判。

SMT X 光檢測的技術規格與選型準則

SMT X 光檢測系統關鍵性能參數

解析度：受 X 光焦斑尺寸（1–10 μm）與偵測器像素間距影響，最大可用放大倍率約為焦斑尺寸的 1000 倍。

管電壓：依樣品厚度選擇：

○ 30–50 kV：薄 PCB 組裝（<1 mm）低銅含量。

○ 60–90 kV：標準 SMT 組裝（1.6 mm FR-4）。

○ 100–160 kV：厚多層板（3–5 mm）高銅比例。

偵測器技術：非晶矽或 CMOS 平板偵測器因影像一致性與線性度佳，已取代舊式影像增強器。

以下為典型參考範圍，實際性能取決於系統架構、焦斑尺寸、偵測器解析度與檢測模式（2D vs. CT）。

選擇具 X 光能力的 PCB 組裝廠

當尋找PCB 組裝服務時，問對問題才能確保您的 BGA 設計安全。

關於 X 光檢測，您該問 PCB 組裝供應商的 5 件事

1. X 光檢測是 Inline 還是 Offline？

○ 為何問：Inline 可在量產時 100% 檢測關鍵零件，無瓶頸；Offline 多用於抽樣或詳細失效分析（NPI）。

○ JLCPCB：我們將自動檢測整合進品質流程，BGA 與 QFN 皆標配 X 光驗證。

2. 使用何種 X 光技術（2D vs. 3D/CT）？

○ 為何問：雙面板時，基礎 2D X 光易受背面元件「陰影」干擾，2.5D 或 3D CT 才能精準偵測複雜組裝缺陷。

○ JLCPCB：我們配備高解析系統，可處理複雜雙面佈局，缺陷影像清晰。

3. 報告能力如何？

○ 為何問：僅「PASS」不足，需確認供應商是否提供X 光影像、氣孔百分比熱圖，或僅文字「Pass/Fail」記錄；原始數據對調試回焊曲線至關重要。

○ JLCPCB：我們主張透明，客戶可索取 X 光影像與氣孔分析數據，「Pass」背後有 IPC-A-610 Class 2 客觀數據支撐。

4. 抽樣策略（100% vs. AQL）？

○ 為何問：部分廠商僅抽 1/50 片（AQL）節省時間；BGA 通常偏好 100% 檢測以捕捉隨機製程異常。

○ JLCPCB：所有 BGA 與 QFN 皆執行X 光檢測，驗證焊點品質，確保無板子帶隱藏缺陷出廠。

5. 操作員是否遵循 IPC 標準？

○ 為何問：自動系統仍會標註「邊緣」缺陷需人工判斷，操作員須受訓區分無害假影與真缺陷。

○ JLCPCB：品保團隊受訓於IPC-A-610與IPC-7095，可一致且準確地做出允收/拒收決定。

JLCPCB PCBA 品質流程，整合 SPI、AOI 與 X 光檢測環節。

X 光檢測技術未來趨勢

改變 PCB X 光檢測格局的新能力：

● AI 缺陷分類：深度學習模型以百萬缺陷影像訓練，準確率 >99%，減少誤報與操作員疲勞。

● 更高解析微焦斑：新管 <1 μm 焦斑，可達 5000–10000× 放大，對 Fan-Out WLP 至關重要。

● 即時 3D 成像：逆向幾何 X 光系統配多偵測器，數秒內完成 CT 數據採集，使量產真正 Inline 3D 檢測成為可能。

總結：您的專案需要 PCB X 光檢測嗎？

若設計含 BGA、QFN、LGA 或極細間距 CSP，PCB X 光檢測並非選配，而是強制。光學檢測無法驗證這些連接的可靠性。理解衰減物理與標準，才能更精準傳達品質需求。

從基礎 2D 氣孔分析到先進 3D CT 重建，X 光檢測提供確保可靠性所需的數據。無論消費電子或工業控制器，設計時即考慮可測試性，並選擇像 JLCPCB 這樣重視透明的製造商，是成功的關鍵。

準備採用專業級品質控制？立即探索JLCPCB 的 PCB 組裝服務，確保您的 BGA 與 QFN 設計經久耐用。

常見問題

Q1. X 光檢測會損壞敏感半導體元件嗎？

通常不會。現代 SMT 用 X 光系統輻射劑量遠低於矽元件損傷或 EEPROM/Flash 電荷捕獲閾值，可安全檢測主動元件。

Q2. BGA X 光檢測的 IPC 氣孔允收標準？

IPC-A-610 Class 2（JLCPCB 遵循）允許單一球 25% 氣孔，累計 30%；Class 3 更嚴格（單一球 <15%），需特殊製造協議。

Q3. 3D X 光（CT）與分層攝影（Laminography）差異？

CT 通常 360° 完整旋轉樣品進行體積重建；分層攝影無需完整旋轉即可掃描分層，速度更快，適合量產平板 PCBA。

Q4. X 光能偵測焊點微裂紋嗎？

高解析 X 光 CT 可偵測 1–2 μm 微裂紋，呈現亮焊料中的暗線。<1 μm 極細裂紋或分層需搭配 C-SAM 或破壞性切片。

Q5. 自動 X 光檢測（AXI）與手動檢測差異？

AXI 利用 CAD 座標與 AI 缺陷辨識，每小時可處理 60–200 片；手動靠操作員定位與判圖，每小時僅 10–30 片。手動適合打樣，AXI 為量產必需。

Q6. 厚多層板的最佳 X 光管電壓？

標準 1.6 mm FR-4 建議 60–80 kV；厚多層板（3–5 mm）含重銅需 90–130 kV。每增加 1 mm 厚度，約提高 10–15 kV 以獲得良好對比。