Inspecţia optică a plăcilor electronice

25 FEBRUARIE 2007

inspecţia 3D a pastei de lipit

Inspecţia optică automată este o metodă standard unanim acceptată pentru controlul calităţii procesului de producţie, a liniilor SMT. Pad-urile componentelor sunt din ce în ce mai mici şi automat cantitatea de pastă de lipit plasată de maşina de printare este minimizată ceea ce înseamnă că este critic să avem cantitatea exactă de pastă de lipit în locul potrivit.
Plasamentul componentelor mici, în special cele de tipul 0201 şi 01005 este de asemenea foarte critic, pad-urile fiind sub 200um. Combinaţia acestor doi factori, influenţată uneori şi de obligativitatea utilizării pastei de lipit fără plumb (lead-free) face ca defectele de proces să se multiplice. Pentru corectarea erorilor de proces singura soluţie viabilă este controlul calităţii utilizând în diverse faze ale procesului inspecţia optică automată.
Mai jos, în figura 1 am exemplificat posibilităţile de plasare ale unei maşini de inspecţie optică automată (AOI).

Figura 1 Posibilităţi de plasare ale maşinilor de inspecţie optică AOI

Figura 2 Exemplificări ale erorilor generate în procesul de printare

Datorită analizei de cost/eficientă, în 90% din cazuri se ia în calcul amplasarea unei maşini de inspecţie optică după plasarea pastei de lipit pe placa electronică, deci imediat după maşina de printing şi la finalul liniei, după cuptorul de reflow. 30% – 40% din defectele observate la finalul liniei de ansamblare sunt generate de procesul de plasare a pastei de lipit. Volumul de pastă de lipit este un bun indicator al calităţii plăcii electronice populate. Mai jos, în figura 2 avem exemplificări de erori tipice ce apar în procesul de printare a pastei de lipit. Parametrii care afectează procesul de printare sunt: tipul pastei de lipit, viteza de printare, procesul de curăţare al stencil-ului. Defectele ce pot apărea sunt: insuficienţa sau excesul pastei, înălţime necorespunzătoare, offset de printare, mâzgălituri, “punţi” între pad-urile componentelor, depozite de pastă în locuri neaşteptate.
Suplimentar, când componentele au un număr mare de pini (circuite integrate, BGA) verificarea înălţimii pentru depozitul de pastă al fiecărui pin este critică. O variaţie mică între volumele de pastă aplicate fiecărui pad ne asigură că lipirea se va executa corect. Dacă unul din pinii componentei nu va atinge depozitul de pastă, va apărea o întrerupere sau o lipitură va fi de calitate proastă. În domeniul auto, medical, militar acest lucru este mai mult decât critic.
Şi în aplicaţiile curente care implică uzual componente 0402, 0201, CSP şi componente fine-pitch (0.4mm), inspecţia 3D este esenţială. Dimensiunea depozitului de pastă are aproape aceaşi magnitudine în toate direcţiile, înălţimea depozitului fiind aproximativ egală cu lungimea şi lăţimea sa. Ca rezultat, o mică schimbare în înălţimea depozitului are acelaşi efect ca şi reducerea / mărirea suprafeţei de printare făcând posibilă reducerea calităţii lipiturii.
Mai jos am exemplificat volumul mediu de pastă aplicat pe pad-uri în funcţie de tipul componentei:

Pentru detectarea defectelor de printare ORBOTECH foloseşte tehnologia proprie patentată POP (Parallel Optical Path) ce presupune achiziţia de imagini 2D şi 3D şi procesarea complexă a imaginilor colectate.

Figura 3 Tehnologia POP

Figura 4 Interpretarea achiziţiei de imagine 2D & 3D

POP este o tehnică de achiziţie de imagini utilizând 2 linii de scanare laser ce operează simultan folosind 2 canale optice independente.
1 Canal optic cu iluminare multi-unghi
Pentru detecţia 2D a suprafeţei depozitului de pastă (axa x,y), cu o precizie de 20um se utilizează un canal optic ce conţine 2 diode de iluminare laser multi-unghi şi un senzor de imagine CMOS orientat vertical.
2 Canal optic de triangulaţie

Figura 5 Erori detectate: Punte între 2 pad-uri

Pentru detecţia 3D a înălţimii depozitului de pastă cu o precizie de 5um se foloseşte un scanner laser orientat vertical şi senzor de imagine CMOS orientat la 45 grade. Achiziţionarea independentă a imaginilor 2D şi 3D duce la calcularea foarte precisă a poziţiei şi a volumului de pastă.
Alăturat, în figura 5, avem un exemplu de vizualizare a unei erori în mod 2D şi 3D şi în partea dreaptă modul de interpretare al imaginilor de către algoritmii software Orbotech .Observăm că această eroare este cel mai bine vizibilă cu achiziţia de imagine 2D.

Figura 6 Erori detectate: Volum excesiv de pastă şi pad fals

În figura 6 am exemplificat 2 erori detectate. Un “pad” fals, cu înălţime mică (eroare 2D), de fapt un reziduu de hârtie utilizat la curăţarea stencil-ului (culoare verde deschis) şi excesul de pastă de lipit, de înălţime prea mare de pe pad-ul curent (culoare vişinie), (eroare 3D).
Astfel, aparatura de inspecţie optică de pastă de lipit ORBOTECH, distribuită de firma ALFA TEST în România, prezintă avantajul unic al combinaţiei metodelor de inspecţie 2D&3D, folosind tehnologia proprie de scanare POP. Anumite erori sunt mai bine vizibile 2D (mâzgălitori, punţi între pad-uri, pad-uri false, pastă lipsă) pe când erorile datorită inconstanţei înălţimii şi a volumului variabil sunt mai bine vizibile 3D.
Un alt avantaj este dat de viteza de scanare a plăcii. Alăturat, am ataşat timpii medii de testare în funcţie de dimensiunile plăcii electronice.

Figura 7 Modul de vizualizare a datelor de inspecţie şi achiziţie de imagini AOI ORBOTECH

Sistemul software al maşinii ORBOTECH ce rulează sub Windows XP este intuitiv şi uşor de folosit, informaţiile necesare şi parametrii de măsură fiind vizualizaţi grafic. Urmând paşii indicaţi în software-ul Orbotech, treceţi prin fiecare etapă a dezvoltării programului de inspecţie ce poate fi realizat în mai puţin de o oră. De asemenea, puteţi folosi staţia de programare off-line, pentru minimizarea utilizării maşinii AOI în procesul de realizare al programului de inspecţie.

Staţia de verificare / reparaţii permite verificarea cu acurateţe şi monitorizarea erorilor generate de maşina de inspecţie optică, având posibilitatea localizării poziţiei erorilor folosind o rază laser, imaginile 2D şi 3D pentru aceeaşi componentă vizualizându-se pe ecranul de lucru în nuanţe de gri sau color.

Figura 8 Staţia de verificare inspecţie AOI cu indicator laser / interfaţă software cu imagini de verificat încărcate

De asemenea, Orbotech a prevăzut compensarea erorilor datorate curburii excesive a plăcii electronice. Folosindu-se o fantă de lumină proiectată pe placa electronică se calculează curbura plăcii, iar apoi pentru stabilirea nivelului real pe axa Z a porţiunii de placă analizate se face o compensare hardware a curburii plăcii între 3-6mm.

Figura 9 Compensare warpage

Figura 10 Controlul şi analiza fluxului de date în inspecţia optică

Figura 11 Maşina de inspecţie optică SYMBION P36 ORBOTECH

În suita software, ORBOTECH ADVISOR este un software specializat de control ce monitorizează continuu procesul prin compararea datelor de inspecţie colectate de la AOI cu datele de programare utilizate la printer (offsetul la stencil, înălţimea şi volumul pastei, viteza de printare, curăţarea stencil-ului).
Abilitatea de a utiliza în comun datele de inspecţie împreună cu maşina de printare şi cu alte maşini AOI Orbotech vă asigură că puteţi detecta trendurile ce conduc la defecte şi că puteţi corecta parametri de proces în timp real.
În concluzie, inspecţia optică combinată 2D&3D detectează eficient erorile de plasare a pastei de lipit, asigură corecţia procesului într-o fază incipientă a producţiei şi minimizează costurile de reparaţie ulterioară a componentelor. Pentru informaţii suplimentare referitoare la această tehnologie vă stau la dispoziţie. În numărul viitor al revistei vom prezenta tehnologia privind inspecţia optică post reflow.

Ing. Marius Toader – ALFA TEST
e-mail:marius.toader@alfatest.ro
www.alfatest.ro

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