Inspecţia optică a plăcilor electronice inspecţia 3D Post Reflow (partea a III-a)

20 IUNIE 2007

Sistemul AOI 3D ORBOTECH

Revenim după o pauză de 3 luni cu un nou şir de articole despre soluţiile de inspecţie şi testare ale plăcilor electronice. În primele 2 articole am discutat despre Inspecţia şi testarea plăcilor electronice: concepte şi strategii – Electronica Azi – ian. 2007) şi Inspecţia optică a plăcilor electronice – inspecţia 3D a pastei de lipit – (Electronica Azi – feb.2007)

Inspecţia optică automată este o metodă standard unanim acceptată pentru controlul calităţii procesului de producţie, a liniilor SMT. 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

Astăzi vom discuta despre aparatura de inspecţie optică automată post-reflow care se poate conecta in-line (în cazul liniilor automate) sau offline atunci când inspecţia vizuală se realizează prin sampling sau când se produc o variaţie mare de plăci electronice. 70% din maşinile de inspecţie optică sunt conectate post reflow.
Sistemele de inspecţie optică automată post reflow pot identifica defectele de proces dintre care amintim:
insuficienţa sau excesul aliajului de lipit, scurt circuite, lipituri reci;
prezenţa/absenţa componentelor;
problemele de plasament ale componentelor – verificarea acurateţii plasamentului;
verificarea polarităţii/orientării componentelor/citirea codurilor de componentă prin OCR;
existenţa pinilor de componentă ridicaţi, contacte imperfecte componente fine-pitch.
Mai jos exemplificăm câteva din defectele tipice post-reflow:

Figura 2 Defecte tipice la inspecţia optică post-reflow
Pentru ca aceste defecte să poată fi detectate, Orbotech a dezvoltat un sistem de inspecţie optic bazat pe achiziţia de imagine real 3D. Practic, achiziţia de imagini 3D se face cu 5 camere foto de înaltă rezoluţie: 1 cameră plasată ortogonal (rezoluţie 4 Mpixeli) şi 4 camere CCD orientate la 45 de grade în direcţiile Nord, Sud, Est, Vest. Suprafaţa inspectată la o singură baleiere, FOV (field of view) este de 56 x 42mm, iar viteza de inspecţie este de până la 40cm2/s. Placa electrică este fixată într-un conveior ce se ajustează automat în funcţie de mărimea plăcii.

Figura 3 Resursele hardware folosite de AOI Orbotech

Pentru o achiziţie corectă a imaginilor indiferent de localizarea, tipul componentelor sau designul plăcii electronice utilizăm 24 de surse de lumină albă, flash tip XENON ce pot ilumina din 18 direcţii diferite. Distribuţia lor este realizată astfel:
– Iluminare directă – utilizăm 4 surse flash;
– Iluminare spre exterior – lumină difuză – utilizăm 4 surse flash;
– Iluminare unghiulară – orientate la 45 de grade – 8 surse flash poziţionate N,S, E, V, N-E,N-V,S-E,S-V;
– Iluminare paralelă cu planul orizontal – flat – 8 surse flash poziţionate N,S, E, V, N-E,N-V,S-E,S-V.

Figura 4 Folosirea resurselor hardware la inspecţia unei lipituri

Folosind toate cele 5 camere de achiziţie şi cele 24 de flash-uri ce provin din 18 direcţii diferite putem să achiziţionăm un număr de 90 de imagini ale unei componente ce pot fi analizate de către algoritmii software.

Figura 5 Compensarea erorilor date de curbura plăcii electronice

În practică, din cele 90 de imagini ce se pot achiziţiona teoretic se folosesc numai 15-20 care sunt cele mai relevante pentru tipul, poziţia componentei testate şi metoda de inspecţie folosită. Aici intervin algoritmii software care ne “spun” care sunt resursele hardware ce trebuiesc folosite.

Figura 6 Mediul de dezvoltare software Orbotech

În imaginea alăturată observăm că pentru inspecţia formei unei lipituri folosim două camere de achiziţie şi surse de lumină din trei unghiuri diferite. Acest concept hardware combinat cu algoritmii de inspecţie software duc la o inspecţie REALÃ 3D bazată pe achiziţia de imagini reale din diverse unghiuri, cu iluminarea cea mai potrivită.

Figura 7 Proprietăţile tipice componentei

Figura 8 Librăria de componente Orbotech

Aceste resurse hardware, respectiv sistemul de camere de achiziţie şi sursele de lumină flash se găsesc într-un modul fix, iar în timpul testării placa electronică îşi schimbă poziţia. Placa electronică este fixată într-un conveior ce are posibilitatea de mişcare pe axele x, y şi z. Astfel folosind o fantă de lumină proiectată pe placa electronică se calculează curbura plăcii. Apoi se face automat mişcarea pe axa Z, pe înălţime, a conveiorului pentru a compensa efectul curburii plăcii şi a menţine aceeaşi distanţă faţă de sistemul optic. Se poate compensa hardware eroarea de curbură a plăcii electronice între ± 6mm.

Figura 9 Modul de lucru “Debug”

Figura 10 Citirea caracterelor de pe componentă prin OCR

Interfaţa software a maşinii este foarte accesibilă, aplicaţia de dezvoltare software şi de rulare fiind dezvoltată sub Windows XP. Generarea unui program de inspecţie optică durează mai puţin de 2h, urmărindu-se etapele descrise în partea stângă a ecranului.

Figura 11 Staţia de verificare inspecţie AOI cu indicator laser / interfaţă software

Pentru a începe dezvoltarea unui program de inspecţie avem nevoie de o poză a plăcii electronice achiziţionată cu maşina de inspecţie optică. Apoi, fiecare componentă este recunoscută automat de către software, iar parametrii de inspecţie se pot regla pentru fiecare componentă în parte. Această muncă se poate face off-line folosind o staţie de programare software.
Totul este sub formă grafică astfel încât ajustarea parametrilor de inspecţie (suprafaţa pinilor, suprafaţa lipiturii, suprafaţa componentelor, tipul de inspecţie, tipul de algoritmi utilizaţi) se face foarte uşor, informaţia regăsindu-se imediat în baza de date SQL corespunzătoare programului de inspecţie.
Fiecare componentă este recunoscută de software conform librăriilor interne. În cazul în care componenta nu există în librărie, se poate alege o componentă asemănătoare şi se poate defini componenta nouă pornind de la aceasta. Librăria conţine descrierea grafică a tuturor componentelor şi algoritmii de testare corespunzători.
Algoritmii software interpretează imaginea grafică prin prisma nivelelor de gri. Este de remarcat că toţi pixelii aflaţi peste un anumit nivel de luminozitate sunt interpretaţi ca nivel de “alb”, iar cei ce sunt sub acest nivel sunt interpretaţi ca având nivel de “negru”. Inspecţia făcându-se cu lumină albă, xenon, tip flash, iar interpretarea imaginilor făcându-se pe nivele de gri există o variaţie foarte mică a interpretării atunci când culoarea componentelor variază sensibil. Astfel, cantitatea de erori false este minimă. Modificarea nivelului de gri, a pragului care face distincţia între alb şi negru, a algoritmilor folosiţi şi a resurselor hardware (camere foto şi surse de lumină) se face grafic astfel încât activitatea de “debug” este foarte facilă. O modificare făcută asupra unei componente se poate salva numai pentru componenta respectivă sau pentru toate componentele de acelaşi tip.

Cu camera ortogonală se pot citi şi codurile componentelor. Pentru a înlătura zgomotul optic se folosesc sursele de lumină unghiulare.
Codul de pe componentă este un element important mai ales în testarea optică a circuitelor integrate.

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 vizualizându-se pe ecranul de lucru în nuanţe de gri sau color.
Baza de date ce conţine datele de inspecţie şi în care se colectează rezultatele măsurătorilor este organizată pe o structură client – server, astfel încât 10-15 maşini AOI şi staţiile de repair aferente pot fi conectate la acelaşi server. Ca urmare la o singură staţie de repair se pot verifica produsele de pe mai multe linii de producţie. Un alt beneficiu este că inginerul de proces poate verifica offline dacă interpretarea imaginilor de către operator la staţia de verificare a fost cea corectă, direct de la staţia sa de lucru conectată la server, folosind aplicaţia Orbotech YIELD ADVISOR.

Practic, ORBOTECH ADVISOR este o suită de aplicaţii software SPC de control şi analiză ce monitorizează continuu procesul de inspecţie prin compararea datelor de inspecţie şi a rezultatelor colectate de la AOI cu datele de programare utilizate la printer, cu datele de plasare a componentelor de la maşinile pick & place şi cu datele de inspecţie de la maşina de inspecţie de pastă Orbotech P36.
Această abilitate de a interpreta în comun datele de la diverse maşini vă asigură că puteţi detecta trendurile ce conduc la defecte şi că puteţi corecta parametrii de proces în timp real. Astfel, la Orbotech punem în valoare, pe lângă detectarea defectelor şi posibilitatea de a face analize şi a lua măsuri corective de îmbunătăţire a procesului cum ar fi: corecţia plasării componentelor, reglarea procesului în cuptoarele de reflow, modificarea parametrilor la maşina de printat, a calităţii pastei de lipit.
În concluzie, inspecţia optică post reflow detectează eficient toate erorile de proces, asigură corecţia procesului de producţie a plăcilor electronice şi astfel minimizează costurile de reparaţie ulterioară a componentelor.
Pentru informaţii suplimentare referitoare la această tehnologie va stau la dispoziţie. Firma ALFA TEST este distribuitorul aparaturii de inspecţie optică ORBOTECH în România.

În numărul viitor al revistei vom prezenta tehnologia de inspecţie electronică in-circuit.

Ing. Marius Toader
ALFA TEST SRL
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