Come viene applicato il sistema di ispezione ottica automatica AOI nella produzione di circuiti stampati

Dopo quasi 112 anni di sforzi, il sistema di ispezione ottica automatica (AOI) è stato finalmente applicato con successo alla linea di produzione di circuiti stampati (PCB). Durante questo periodo, il numero di fornitori di AOI è aumentato notevolmente e anche varie tecnologie AOI hanno fatto notevoli progressi. Al momento, dai semplici sistemi di telecamere ai complessi sistemi di ispezione a raggi X 3-D, molti fornitori sono quasi in grado di fornire apparecchiature AOI che possono essere applicate a tutte le linee di produzione automatizzate.

Negli ultimi dieci anni, le prestazioni delle stampanti per pasta saldante e delle macchine di posizionamento SMT sono state migliorate, il che ha migliorato la velocità, la precisione e l'affidabilità dell'assemblaggio del prodotto. Il tasso di rendimento dei grandi produttori è stato quindi migliorato. Il crescente numero di componenti confezionati SMT forniti dai produttori di componenti ha anche guidato lo sviluppo dell'automazione nelle linee di assemblaggio di circuiti stampati. Il posizionamento automatico dei componenti SMT può quasi completamente eliminare gli errori che possono verificarsi durante l'assemblaggio manuale sulla linea di produzione.

Nell'industria manifatturiera dei PCB, la miniaturizzazione e la denaturazione dei componenti sono sempre state la tendenza di sviluppo. Ciò ha spinto i produttori a installare apparecchiature AOI sulle loro linee di produzione. Poiché non è più possibile condurre un rilevamento affidabile e coerente di componenti densamente distribuiti e mantenere registrazioni di rilevamento accurate affidandosi al lavoro manuale. L'AOI, d'altra parte, può condurre ispezioni ripetute e precise e anche l'archiviazione e il rilascio dei risultati dell'ispezione possono essere digitalizzati.

In molti casi, l'ispezione e la regolazione della stampante per pasta saldante e del processo di assemblaggio da parte degli ingegneri di processo possono garantire che il tasso di contaminazione della pasta saldante (tasso di spruzzo) sulla linea di produzione sia solo poche parti per milione (ppm). Per una linea di produzione ad alta produzione/bassa miscelazione, il tipico tasso di contaminazione della pasta saldante è compreso tra 20 parti per milione e 150 parti per milione. L'esperienza pratica ha dimostrato che è difficile rilevare la contaminazione di ogni singolo tipo di pasta saldante semplicemente campionando e testando campioni di circuiti stampati. Solo conducendo un'ispezione al 100% su tutti i circuiti stampati è possibile garantire una maggiore copertura dell'ispezione, ottenendo così il controllo statistico del processo (SPC).

In larga misura, esiste effettivamente solo una piccolissima parte di specifici tipi di contaminazione della pasta saldante e la generazione di questi contaminanti della pasta saldante può essere collegata a determinate apparecchiature di produzione specifiche. In molti casi, è anche possibile attribuire il verificarsi di una contaminazione della pasta saldante a un dispositivo specifico. Tuttavia, per alcune variabili, come l'offset dei componenti (a causa dell'effetto di autocorrezione durante il processo di rifusione), è impossibile risalire a una specifica fase di produzione. Pertanto, per rilevare tutta la contaminazione della pasta saldante, è necessario condurre un'ispezione al 100% su ogni fase di produzione sulla linea di produzione. Tuttavia, in realtà, a causa di considerazioni economiche, i produttori di PCB non possono testare ogni circuito stampato dopo il completamento di ogni processo. Pertanto, gli ingegneri di processo e i responsabili del controllo qualità devono considerare attentamente come trovare il miglior equilibrio tra l'investimento nell'ispezione e i vantaggi derivanti dall'aumento della produzione.

In generale, come mostrato nella Figura 1, è possibile applicare efficacemente l'AOI dopo una qualsiasi delle quattro fasi di produzione in una linea di produzione. I paragrafi seguenti introdurranno rispettivamente l'applicazione dell'AOI dopo quattro diverse fasi di produzione sulla linea di produzione SMT PCB. Possiamo dividere approssimativamente l'AOI in due categorie: prevenzione dei problemi e rilevamento dei problemi. Nella seguente descrizione, l'ispezione dopo la stampa della pasta saldante, il posizionamento del dispositivo (a montaggio superficiale) e il posizionamento dei componenti possono essere classificati come prevenzione dei problemi, mentre l'ultima fase - ispezione dopo la saldatura a rifusione - può essere classificata come rilevamento dei problemi, perché l'ispezione in questa fase non può impedire il verificarsi di difetti.

• Dopo la stampa della pasta saldante:
  In larga misura, la saldatura difettosa deriva dalla stampa difettosa della pasta saldante. In questa fase, è possibile rimuovere facilmente ed economicamente i difetti di saldatura sul PCB. La maggior parte dei sistemi di rilevamento 2-D può monitorare l'offset e l'inclinazione della pasta saldante, aree insufficienti di pasta saldante, nonché schizzi di saldatura e cortocircuiti. Il sistema 3-D può anche misurare la quantità di saldatura.
• Dopo il posizionamento dei dispositivi (chip):
  Il rilevamento in questa fase può rilevare componenti mancanti, spostamenti, inclinazione dei dispositivi (chip) e guasti direzionali dei dispositivi (chip). Questo sistema di rilevamento può anche controllare la pasta saldante sui pad utilizzati per collegare componenti a passo ravvicinato e array a griglia di sfere (BGA).
• Dopo il montaggio dei componenti:
  Dopo che l'apparecchiatura monta i componenti sul PCB, il sistema di rilevamento può controllare la presenza di componenti mancanti, sfalsati e inclinati sul PCB e rilevare anche errori nella polarità dei componenti.
• Dopo la saldatura a rifusione:
  Alla fine della linea di produzione, il sistema di rilevamento può controllare la presenza di componenti mancanti, sfalsati e inclinati, nonché difetti in tutti gli aspetti della polarità. Il sistema deve anche rilevare la correttezza dei giunti di saldatura, nonché difetti come pasta saldante insufficiente, cortocircuiti durante la saldatura e piedini sollevati.

Se necessario, è anche possibile aggiungere i metodi di riconoscimento ottico dei caratteri (OCR) e di verifica ottica dei caratteri (OCV) per il rilevamento nelle fasi 2, 3 e 4.

Le discussioni di ingegneri e produttori sui pro e i contro dei diversi metodi di rilevamento sono sempre infinite. In realtà, i criteri principali per la selezione dovrebbero concentrarsi sul tipo di componenti e processi, sullo spettro dei guasti e sui requisiti di affidabilità del prodotto. Se vengono utilizzati molti componenti BGA, chip-scale packaging (CSP) o flip-chip, il sistema di rilevamento deve essere applicato alla prima e alla seconda fase per massimizzarne l'efficacia. Inoltre, condurre ispezioni dopo la quarta fase può identificare efficacemente i difetti nei beni di consumo di fascia bassa. Per i PCB utilizzati in prodotti aerospaziali, medicali e di sicurezza (airbag automobilistici), a causa dei requisiti di qualità estremamente rigorosi, potrebbe essere necessario condurre ispezioni in molti punti della linea di produzione, in particolare dopo la seconda e la quarta fase. Per questo tipo di PCB, è possibile selezionare i raggi X per l'ispezione.

Se l'AOI utilizzato sulla linea di produzione deve essere valutato, è necessario distinguere tra i sistemi che possono eseguire solo il rilevamento e quelli che possono eseguire la misurazione.

I sistemi di rilevamento che possono solo cercare difetti come componenti mancanti e posizionamento errato non possono fornire strumenti per il controllo del processo, quindi non possono essere utilizzati per migliorare il processo di produzione dei PCB. Gli ingegneri devono ancora regolare il processo di produzione manualmente. Tuttavia, questi sistemi di rilevamento sono sia veloci che poco costosi.

D'altra parte, il sistema di misurazione può fornire dati accurati per ogni componente, il che è di grande importanza per la misurazione dei parametri del processo di produzione. Questi sistemi sono più costosi dei sistemi di rilevamento, ma quando li si integra con il software SPC, il sistema di misurazione può fornire le informazioni necessarie per migliorare il processo di produzione.

Nel complesso, non è completo per le persone valutare la qualità di un sistema di rilevamento semplicemente in base al suo tasso di accuratezza di segnalazione degli errori, ovvero il rapporto tra errori reali (segnalazione accurata degli errori) e falsi allarmi (segnalazione di falsi errori). Se un sistema di misurazione deve essere valutato, è necessario fare affidamento anche sui risultati della valutazione dell'accuratezza del sistema di misurazione entro un intervallo di tolleranza più piccolo. Controllo statistico del processo

• Dati di misurazione accurati
• Misurazione riproducibile e ripetibile
• Vicino alla misurazione degli eventi nel tempo e nello spazio
• Così come il processo di misurazione in tempo reale e tutte le informazioni relative al processo di produzione

L'installazione di un sistema AOI durante il processo di stampa o montaggio può aiutarti a eliminare altre variabili di processo accumulate durante il processo di produzione. Supponendo che si misuri se i componenti hanno spostato le posizioni dopo la saldatura a rifusione, i dati raccolti non possono riflettere l'accuratezza del processo di montaggio. È necessario misurare i risultati sia dopo il montaggio che dopo la saldatura a rifusione. Ma queste informazioni sono quasi inutili per il controllo del montaggio del dispositivo. Data la tendenza dello sviluppo del monitoraggio, l'installazione di un sistema AOI vicino al processo che è necessario monitorare può correggere rapidamente un parametro che sta per entrare nella fase successiva. Allo stesso tempo, il rilevamento a distanza ravvicinata può anche ridurre il numero di PCB non conformi prima del processo di rilevamento.

Sebbene la maggior parte degli utenti AOI nell'industria elettronica si concentri ancora solo sull'ispezione post-saldatura, la tendenza futura della miniaturizzazione dei componenti e dei PCB richiederà un controllo del processo a ciclo chiuso più efficace. I sistemi AOI in grado di fornire soluzioni di rilevamento e misurazione efficaci attireranno sempre più utenti e anche gli ingegneri considereranno l'investimento in tali sistemi più utile. Per tutti i clienti, l'AOI continuerà a svolgere un ruolo importante nel miglioramento delle linee di produzione dei prodotti e nell'aumento della resa dei prodotti finiti.