چگونه سیستم بازرسی نوری خودکار AOI در تولید مدارهای چاپی استفاده می شود؟

پس از گذشت تقریباً 112 سال تلاش، سیستم بازرسی نوری خودکار (AOI) سرانجام با موفقیت در خط تولید برد مدار چاپی (PCB) اعمال شد. در این مدت، تعداد تامین کنندگان AOI به شدت افزایش یافته و فناوری های مختلف AOI نیز پیشرفت های قابل توجهی داشته اند. در حال حاضر، از سیستم های دوربین ساده گرفته تا سیستم های بازرسی سه بعدی با اشعه ایکس، بسیاری از تامین کنندگان تقریباً قادر به ارائه تجهیزات AOI هستند که می توانند در تمام خطوط تولید خودکار اعمال شوند.

در دهه گذشته، عملکرد چاپگرهای خمیر لحیم و دستگاه های قراردهی SMT بهبود یافته است که سرعت، دقت و قابلیت اطمینان مونتاژ محصول را افزایش داده است. در نتیجه، نرخ بازده تولیدکنندگان بزرگ بهبود یافته است. افزایش تعداد قطعات بسته بندی شده SMT ارائه شده توسط تولیدکنندگان قطعات نیز باعث توسعه اتوماسیون در خطوط مونتاژ برد مدار چاپی شده است. قرار دادن خودکار قطعات SMT تقریباً می تواند خطاهایی را که ممکن است در مونتاژ دستی در خط تولید رخ دهد، به طور کامل از بین ببرد.

در صنعت تولید PCB، کوچک سازی و دناتوراسیون قطعات همیشه روند توسعه بوده است. این امر باعث شده است که تولیدکنندگان تجهیزات AOI را در خطوط تولید خود نصب کنند. زیرا دیگر نمی توان با تکیه بر نیروی کار دستی، تشخیص قابل اعتماد و ثابتی از قطعات متراکم توزیع شده انجام داد و سوابق تشخیص دقیقی را حفظ کرد. از سوی دیگر، AOI می تواند بازرسی های مکرر و دقیقی را انجام دهد و ذخیره و انتشار نتایج بازرسی نیز می تواند دیجیتالی شود.

در بسیاری از موارد، بازرسی و تنظیم چاپگر خمیر لحیم و فرآیند مونتاژ توسط مهندسان فرآیند می تواند اطمینان حاصل کند که میزان آلودگی خمیر لحیم (میزان پاشش) در خط تولید تنها چند قسمت در میلیون (ppm) است. برای یک خط تولید با خروجی بالا/اختلاط کم، میزان آلودگی خمیر لحیم معمولاً بین 20 قسمت در میلیون و 150 قسمت در میلیون است. تجربه عملی نشان داده است که تشخیص آلودگی هر نوع خمیر لحیم تنها با نمونه برداری و آزمایش نمونه های برد مدار چاپی دشوار است. تنها با انجام بازرسی 100٪ بر روی تمام بردهای مدار می توان پوشش بازرسی بیشتری را تضمین کرد و در نتیجه به کنترل فرآیند آماری (SPC) دست یافت.

تا حد زیادی، تنها بخش بسیار کوچکی از انواع خاصی از آلودگی خمیر لحیم واقعاً وجود دارد و تولید این آلاینده های خمیر لحیم را می توان به تجهیزات تولیدی خاصی مرتبط کرد. در بسیاری از موارد، شما همچنین می توانید وقوع آلودگی خمیر لحیم را به یک دستگاه خاص نسبت دهید. با این حال، برای برخی از متغیرها، مانند آفست قطعه (به دلیل اثر خوداصلاحی در طول فرآیند رفلاو)، ردیابی به یک مرحله تولید خاص غیرممکن است. بنابراین، به منظور تشخیص تمام آلودگی های خمیر لحیم، لازم است بازرسی 100٪ در هر مرحله تولید در خط تولید انجام شود. با این حال، در واقعیت، به دلیل ملاحظات اقتصادی، تولیدکنندگان PCB نمی توانند هر برد مدار را پس از اتمام هر فرآیند آزمایش کنند. بنابراین، مهندسان فرآیند و مدیران کنترل کیفیت باید با دقت در نظر بگیرند که چگونه بهترین تعادل را بین سرمایه گذاری در بازرسی و مزایای ناشی از افزایش تولید برقرار کنند.

به طور کلی، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، می توانید AOI را به طور موثر پس از هر یک از چهار مرحله تولید در یک خط تولید اعمال کنید. پاراگراف های زیر به ترتیب کاربرد AOI را پس از چهار مرحله مختلف تولید در خط تولید SMT PCB معرفی می کنند. ما می توانیم AOI را تقریباً به دو دسته تقسیم کنیم: پیشگیری از مشکل و تشخیص مشکل. در توضیحات زیر، بازرسی پس از چاپ خمیر لحیم، قرار دادن دستگاه (نصب سطحی) و قرار دادن قطعات را می توان به عنوان پیشگیری از مشکل طبقه بندی کرد، در حالی که آخرین مرحله - بازرسی پس از لحیم کاری رفلاو - را می توان به عنوان تشخیص مشکل طبقه بندی کرد، زیرا بازرسی در این مرحله نمی تواند از وقوع نقص جلوگیری کند.

• پس از چاپ خمیر لحیم:
  تا حد زیادی، لحیم کاری معیوب ناشی از چاپ معیوب خمیر لحیم است. در این مرحله، می توانید به راحتی و به طور اقتصادی عیوب لحیم کاری را روی PCB حذف کنید. اکثر سیستم های تشخیص دو بعدی می توانند آفست و انحراف خمیر لحیم، مناطق ناکافی خمیر لحیم و همچنین پاشش لحیم و اتصال کوتاه را نظارت کنند. سیستم سه بعدی نیز می تواند مقدار لحیم را اندازه گیری کند.
• پس از قرار دادن دستگاه (تراشه):
  تشخیص در این مرحله می تواند قطعات گم شده، جابجایی، انحراف دستگاه های (تراشه) و خطاهای جهت دار دستگاه های (تراشه) را تشخیص دهد. این سیستم تشخیص همچنین می تواند خمیر لحیم روی پدهایی را که برای اتصال قطعات با فاصله نزدیک و آرایه شبکه توپ (BGA) استفاده می شود، بررسی کند.
• پس از نصب قطعات:
  پس از اینکه تجهیزات قطعات را روی PCB نصب کردند، سیستم تشخیص می تواند قطعات گم شده، آفست و کج شده را روی PCB بررسی کند و همچنین خطاهای قطبیت قطعات را تشخیص دهد.
• پس از لحیم کاری رفلاو:
  در پایان خط تولید، سیستم تشخیص می تواند قطعات گم شده، آفست و کج شده را بررسی کند، و همچنین نقص در تمام جنبه های قطبیت را بررسی کند. این سیستم همچنین باید صحت اتصالات لحیم و همچنین نقص هایی مانند خمیر لحیم ناکافی، اتصال کوتاه در حین لحیم کاری و پایه های بلند شده را تشخیص دهد.

در صورت لزوم، می توانید روش های تشخیص شناسایی کاراکتر نوری (OCR) و تأیید کاراکتر نوری (OCV) را برای تشخیص در مراحل 2، 3 و 4 اضافه کنید.

بحث های مهندسان و تولیدکنندگان در مورد مزایا و معایب روش های مختلف تشخیص همیشه بی پایان است. در واقع، معیارهای اصلی برای انتخاب باید بر نوع قطعات و فرآیندها، طیف خطا و الزامات قابلیت اطمینان محصول متمرکز باشد. اگر از بسیاری از قطعات BGA، بسته بندی در مقیاس تراشه (CSP) یا قطعات فلپ-چیپ استفاده می شود، سیستم تشخیص باید در مراحل اول و دوم اعمال شود تا حداکثر کارایی را داشته باشد. علاوه بر این، انجام بازرسی پس از مرحله چهارم می تواند به طور موثر عیوب کالاهای مصرفی کم پایان را شناسایی کند. برای PCBS مورد استفاده در هوافضا، محصولات پزشکی و ایمنی (کیسه های هوای خودرو)، به دلیل الزامات کیفیت بسیار سختگیرانه، ممکن است لازم باشد در بسیاری از مکان ها در خط تولید، به ویژه پس از مراحل دوم و چهارم، بازرسی انجام شود. برای این نوع PCB، می توان اشعه ایکس را برای بازرسی انتخاب کرد.

اگر AOI مورد استفاده در خط تولید باید ارزیابی شود، لازم است بین سیستم هایی که فقط می توانند تشخیص را انجام دهند و سیستم هایی که می توانند اندازه گیری را انجام دهند، تمایز قائل شد.

سیستم های تشخیص که فقط می توانند به دنبال نقص هایی مانند قطعات گم شده و قرارگیری نادرست باشند، نمی توانند ابزاری برای کنترل فرآیند ارائه دهند، بنابراین نمی توان از آنها برای بهبود فرآیند تولید PCBS استفاده کرد. مهندسان هنوز باید فرآیند تولید را به صورت دستی تنظیم کنند. با این حال، این سیستم های تشخیص هم سریع و هم ارزان هستند.

از سوی دیگر، سیستم اندازه گیری می تواند داده های دقیقی را برای هر جزء ارائه دهد که برای اندازه گیری پارامترهای فرآیند تولید بسیار مهم است. این سیستم ها گرانتر از سیستم های تشخیص هستند، اما هنگامی که آنها را با نرم افزار SPC ادغام می کنید، سیستم اندازه گیری می تواند اطلاعات لازم برای بهبود فرآیند تولید را ارائه دهد.

به طور کلی، برای مردم جامع نیست که کیفیت یک سیستم تشخیص را صرفاً بر اساس نرخ دقت گزارش خطا، یعنی نسبت خطاهای واقعی (گزارش خطای دقیق) به هشدارهای کاذب (گزارش خطای کاذب) ارزیابی کنند. اگر قرار است یک سیستم اندازه گیری ارزیابی شود، لازم است به نتایج ارزیابی دقت سیستم اندازه گیری در یک محدوده تحمل کوچکتر نیز تکیه کرد. کنترل فرآیند آماری

• داده های اندازه گیری دقیق
• اندازه گیری قابل تکرار و قابل تکرار
• نزدیک به اندازه گیری رویدادها در زمان و فضا
• و همچنین فرآیند اندازه گیری در زمان واقعی و تمام اطلاعات مربوط به فرآیند تولید

نصب یک سیستم AOI در طول فرآیند چاپ یا نصب می تواند به شما کمک کند تا سایر متغیرهای فرآیند انباشته شده در طول فرآیند تولید را حذف کنید. با فرض اینکه شما اندازه گیری می کنید که آیا قطعات پس از لحیم کاری رفلاو موقعیت خود را تغییر داده اند، داده هایی که جمع آوری می کنید نمی توانند دقت فرآیند نصب را منعکس کنند. شما باید نتایج را هم پس از نصب و هم پس از لحیم کاری رفلاو اندازه گیری کنید. اما این اطلاعات تقریباً برای کنترل نصب دستگاه بی فایده است. با توجه به روند توسعه نظارت، نصب یک سیستم AOI در نزدیکی فرآیندی که باید نظارت کنید می تواند به سرعت پارامتری را که در شرف ورود به مرحله بعدی است، اصلاح کند. در عین حال، تشخیص نزدیک برد نیز می تواند تعداد PCBS های غیر منطبق را قبل از فرآیند تشخیص کاهش دهد.

اگرچه اکثر کاربران AOI در صنعت الکترونیک هنوز فقط بر بازرسی پس از لحیم کاری تمرکز دارند، اما روند آینده کوچک سازی قطعات و PCBS به کنترل فرآیند حلقه بسته موثرتری نیاز دارد. سیستم های AOI که می توانند راه حل های تشخیص و اندازه گیری موثری ارائه دهند، کاربران بیشتری را به خود جذب می کنند و مهندسان نیز سرمایه گذاری در چنین سیستم هایی را ارزشمندتر می دانند. برای همه مشتریان، AOI همچنان نقش مهمی در بهبود خطوط تولید محصول و افزایش بازده محصولات نهایی ایفا خواهد کرد.