Determinarea coplanarităţii prin inspecţie optică 3D

31 IANUARIE 2007

BGA şi alte capsule cu număr mare de pini sunt în mod particular sensibile la erori de coplanaritate, iar numeroşi producători eşuează în utilizarea unor tehnici de inspectare
adecvate pentru detectarea acestora. Dan Eames de la Adaptsys prezintă opţiunile posibile
.

O inspectare optică bidimensională poate fi suficientă în cazul verificării defectelor de fabricaţie ale capsulelor simple dual-in-line, dar pentru capsulele complexe, cu un număr mare de terminale, precum BGA (Ball Grid Arrays), este nevoie de o examinare mai atentă. Din păcate, în ciuda sistemelor de mare valoare realizate în Europa, majoritatea producătorilor se bazează pe inspecţie optică bidimensională pentru determinări care sunt în fapt o problemă 3D.
Coplanaritatea este determinarea abaterilor reprezentate de distanţele unor puncte faţă de un plan. În cazul BGA şi a altor capsule cu număr mare de pini, aceasta înseamnă măsurarea diferenţei de înălţime a terminalelor sferice (în cazul BGA), sau lungimea terminalelor de tip pin, comparativ cu planul de aşezare sau cu PCB-ul.
Chiar şi prin utilizarea celor mai moderne tehnologii de fabricaţie, dimensiunile terminalelor BGA pot varia, astfel încât una sau mai multe terminale să nu facă contact la montarea pe un circuit imprimat (Figura 1). Terminalele sferice ale BGA-urilor pot fi turtite, tăiate, aplatizate sau pur şi simplu prea mici. Pentru componentele cu terminale tip pin problemele sunt în legătură cu îndoirea, forma greşită sau prezenţa pe pin a unor bucăţele de metal sau bavură. Manipularea repetată a componentelor în timpul programării, testării şi asamblării pot cauza defecte suplimentare ale terminalelor ce pot creşte erorile de coplanaritate, putând afecta buna desfăşurare a producţiei şi frecvenţa defectărilor.

Figura 1 Diferenţele dimensionale a terminalelor BGA pot conduce la nerealizarea unor conexiuni la PCB

Inspectarea convenţională optică bidimensională (2D) poate realiza verificarea defectelor, crăpăturilor, existenţei unor aşchii, marcaje şi aliniament, precum şi pentru determinarea implicită sau dedusă a coplanarităţii. Această metodă are la bază două imagini ale componentei, de exemplu dintr-o parte şi de dedesubt, pentru a oferi o poziţie aproximativă în spaţiul 3D. Din punct de vedere tehnic inspectarea 2D verifică coliniaritatea, în timp ce verificarea precisă a coplanarităţii necesită o dimensiune suplimentară dată de inspectarea 3D. Cercetările făcute de Adaptsys cu ajutorul sistemului cu cameră de inspecţie optică tridimensională au arătat că, într-un mediu tipic de fabricaţie, 1% din BGA inspectate prezintă erori de coplanaritate, ceea ce face ca aceste componente să fie pasibile de erori de funcţionare.
Există două metode pentru definirea planului de referinţă, faţă de care terminalele componentei trebuie să fie aliniate: metoda planului de aşezare şi metoda LMS (Least Mean Square – distanţa medie pătratică).
În cazul metodei planului de aşezare, sunt utilizate cele trei terminale de tip sferă sau pin cu cea mai mare distanţă faţă de planul de aşezare, care în combinaţie cu centrul de greutate definesc planul de referinţă.
În cazul metodei LMS, distanţele medii pătratice ale tuturor terminalelor sferice sau pini sunt utilizate pentru definirea celui mai potrivit plan, cu distanţă maximă între plan şi un terminal, oferind imaginea erorii maxime de coplanaritate.
Echipamentul de inspecţie optică automată 3D utilizează camere multiple pentru a crea imagini ale componentelor ţintă. În timp ce majoritatea sistemelor 3D utilizează metoda planului de aşezare pentru calcularea planului de referinţă, Adaptsys utilizează un algoritm LMS pentru localizarea precisă a suprafeţelor terminalelor de tip pin sau sferice de lipire în spaţiul 3D cu determinarea coplanarităţii şi a altor parametri ca: pasul şi dimensiunea pinilor, unghiul pasului, suprafaţa, marcajul de calitate şi orientarea componentei.
O inspecţie tipică a coplanarităţii va fi stabilită să ofere un nivel de eliminare (procentul de componente eliminate) între 0,1% şi 1%. Aceasta oferă o marjă de siguranţă a inspecţiei şi asigură o rată de trecere de 0% a componentelor ce depăşesc toleranţele admise din punct de vedere al coplanarităţii.
Nivelul de eliminare nu este stabilit direct, el trebuind să fie rezultatul procesului SPC (Statistical Process Control). O analiză a componentelor eliminate poate identifica unde există probleme şi poate permite corectarea acestora reducând numărul de componente defecte. SPC poate fi de asemenea utilizat pentru a îmbunătăţi caracteristicile inspecţiei pentru asigurarea menţinerii unui reglaj optim şi pentru evidenţierea fluxului de fabricaţie curent pentru un PCB particular.
Unele standarde din industria auto impun deja inspecţia la coplanaritate anterior procesului de plasare pick-and-place, existând avantaje şi pentru numeroase alte aplicaţii, în special acolo unde funcţionarea defectuoasă a unei componente poate avea implicaţii de cost semnificative. Inspecţia de coplanaritate poate conduce la economii în două moduri; ea ajută la minimizarea defectelor de funcţionare şi identifică componentele defecte, astfel încât ele pot fi îndepărtate din procesul de fabricaţie înainte de apariţia unor costuri suplimentare care apar în mod firesc în cazul plăcilor defecte. După inspecţie, componentele pot fi categorisite ca: aprobate, respinse şi reparabile, dacă costul total al sistemului justifică costul reparaţiei.
Inspecţia la coplanaritate poate fi introdusă în întreg procesul de fabricaţie. Sistemelor tape-and-reel şi programatoarelor Adaptsys li se poate adapta un sistem de cameră 3D astfel încât inspecţia la coplanaritate poate fi integrată în procesul de fabricaţie, ca parte a ciclului de programare. Componentele pot fi de asemenea inspectate la împachetarea lor în tăviţe sau tuburi, sau anterior procesului de plasare pick-and-place.
Oriunde este aplicată, factorii cheie ai unei inspecţii eficiente sunt: precizia, viteza şi repetabilitatea. Pentru toţi aceşti trei factori, inspecţia automată tridimensională oferă avantaje considerabile prin comparaţie cu inspecţia optică manuală. Cele mai noi camere optice 3D Adaptsys pot oferi, de exemplu, viteze de inspectare de până la 45000 de bucăţi pe oră (UPH – Units Per Hour), cu măsurarea lăţimii pinilor la o rezoluţie de 3 µm şi o precizie a coplanarităţii de până la 10 µm.
Datorită înaltei valori a sistemelor fabricate în Europa, verificarea optică automată 3D joacă un rol tot mai important în creşterea producţiei prin adăugarea unei dimensiuni vitale plasării precise a BGA-urilor şi a altor capsule cu număr mare de pini.

Adaptsys Hungary Kft
balazs.villanyi@adaptsys.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre