Po prawie 112 latach wysiłków, system automatycznej inspekcji optycznej (AOI) został ostatecznie z powodzeniem zastosowany w linii produkcyjnej płytek drukowanych (PCB). W tym okresie liczba dostawców AOI gwałtownie wzrosła, a różne technologie AOI również poczyniły znaczny postęp. Obecnie, od prostych systemów kamerowych po złożone systemy inspekcji 3-D X-ray, wielu dostawców jest w stanie dostarczyć sprzęt AOI, który może być stosowany we wszystkich automatycznych liniach produkcyjnych.
W ciągu ostatniej dekady poprawiła się wydajność drukarek pasty lutowniczej i maszyn do montażu SMT, co zwiększyło prędkość, dokładność i niezawodność montażu produktów. W ten sposób poprawiono wskaźnik wydajności dużych producentów. Rosnąca liczba komponentów w obudowach SMT dostarczanych przez producentów komponentów również napędza rozwój automatyzacji na liniach montażu płytek drukowanych. Automatyczne umieszczanie komponentów SMT może prawie całkowicie wyeliminować błędy, które mogą wystąpić podczas montażu ręcznego na linii produkcyjnej.
W przemyśle produkcji PCB miniaturyzacja i denaturacja komponentów zawsze były trendem rozwojowym. To skłoniło producentów do instalowania sprzętu AOI na swoich liniach produkcyjnych. Ponieważ nie jest już możliwe prowadzenie niezawodnej i spójnej detekcji gęsto rozmieszczonych komponentów i prowadzenie dokładnych zapisów detekcji, polegając na pracy ręcznej. AOI, z drugiej strony, może przeprowadzać powtarzalne i precyzyjne inspekcje, a przechowywanie i uwalnianie wyników inspekcji może być również zdigitalizowane.
W wielu przypadkach inspekcja i regulacja drukarki pasty lutowniczej i procesu montażu przez inżynierów procesowych może zapewnić, że wskaźnik zanieczyszczenia pastą lutowniczą (wskaźnik rozprysku) na linii produkcyjnej wynosi zaledwie kilka części na milion (ppm). W przypadku linii produkcyjnej o dużej wydajności/niskim mieszaniu, typowy wskaźnik zanieczyszczenia pastą lutowniczą wynosi od 20 części na milion do 150 części na milion. Doświadczenie praktyczne wykazało, że trudno jest wykryć zanieczyszczenie każdego rodzaju pasty lutowniczej jedynie poprzez pobieranie próbek i testowanie próbek płytek drukowanych. Tylko przeprowadzając 100% inspekcję wszystkich płytek drukowanych, można zagwarantować większy zasięg inspekcji, osiągając w ten sposób kontrolę statystyczną procesu (SPC).
W dużej mierze istnieje tylko bardzo mała część określonych rodzajów zanieczyszczeń pastą lutowniczą, a generowanie tych zanieczyszczeń pastą lutowniczą można powiązać z określonym sprzętem produkcyjnym. W wielu przypadkach można również przypisać wystąpienie zanieczyszczenia pastą lutowniczą do konkretnego urządzenia. Jednak w przypadku niektórych zmiennych, takich jak przesunięcie komponentu (ze względu na efekt samokorekty podczas procesu reflow), nie można prześledzić do konkretnego etapu produkcji. Dlatego, aby wykryć wszystkie zanieczyszczenia pastą lutowniczą, konieczne jest przeprowadzenie 100% inspekcji na każdym etapie produkcji na linii produkcyjnej. Jednak w rzeczywistości, ze względu na względy ekonomiczne, producenci PCB nie mogą testować każdej płytki drukowanej po zakończeniu każdego procesu. Dlatego inżynierowie procesowi i kierownicy kontroli jakości muszą dokładnie rozważyć, jak znaleźć najlepszą równowagę między inwestycją w inspekcję a korzyściami wynikającymi ze zwiększonej produkcji.
Ogólnie rzecz biorąc, jak pokazano na rysunku 1, można skutecznie zastosować AOI po jednym z czterech etapów produkcji na linii produkcyjnej. Poniższe akapity wprowadzą odpowiednio zastosowanie AOI po czterech różnych etapach produkcji na linii produkcyjnej SMT PCB. Możemy z grubsza podzielić AOI na dwie kategorie: zapobieganie problemom i wykrywanie problemów. W poniższym opisie inspekcja po drukowaniu pasty lutowniczej, umieszczaniu urządzeń (montaż powierzchniowy) i umieszczaniu komponentów może być sklasyfikowana jako zapobieganie problemom, podczas gdy ostatni etap - inspekcja po lutowaniu reflow - może być sklasyfikowany jako wykrywanie problemów, ponieważ inspekcja na tym etapie nie może zapobiec wystąpieniu wad.
W razie potrzeby można również dodać metody optycznego rozpoznawania znaków (OCR) i optycznej weryfikacji znaków (OCV) do detekcji w krokach 2, 3 i 4.
Dyskusje inżynierów i producentów na temat zalet i wad różnych metod detekcji są zawsze niekończące się. W rzeczywistości, głównym kryterium wyboru powinny być typ komponentów i procesów, spektrum błędów oraz wymagania dotyczące niezawodności produktu. Jeśli używanych jest wiele komponentów BGA, chip-scale packaging (CSP) lub flip-chip, system detekcji musi być zastosowany do pierwszego i drugiego kroku, aby zmaksymalizować jego skuteczność. Ponadto przeprowadzanie inspekcji po czwartym etapie może skutecznie zidentyfikować wady w tanich produktach konsumenckich. W przypadku PCB stosowanych w przemyśle lotniczym, medycznym i produktach bezpieczeństwa (poduszki powietrzne w samochodach), ze względu na niezwykle surowe wymagania jakościowe, może być konieczne przeprowadzanie inspekcji w wielu miejscach na linii produkcyjnej, zwłaszcza po drugim i czwartym etapie. Dla tego typu PCB można wybrać promienie rentgenowskie do inspekcji.
Jeśli AOI używane na linii produkcyjnej ma być oceniane, konieczne jest rozróżnienie między systemami, które mogą tylko wykonywać detekcję, a tymi, które mogą wykonywać pomiary.
Systemy detekcji, które mogą tylko szukać wad, takich jak brakujące komponenty i nieprawidłowe umieszczenie, nie mogą dostarczyć narzędzi do kontroli procesu, więc nie mogą być używane do ulepszania procesu produkcji PCB. Inżynierowie nadal muszą ręcznie regulować proces produkcji. Jednak te systemy detekcji są zarówno szybkie, jak i niedrogie.
Z drugiej strony, system pomiarowy może dostarczyć dokładnych danych dla każdego komponentu, co ma ogromne znaczenie dla pomiaru parametrów procesu produkcyjnego. Systemy te są droższe niż systemy detekcji, ale po zintegrowaniu ich z oprogramowaniem SPC, system pomiarowy może dostarczyć informacji niezbędnych do ulepszenia procesu produkcji.
Ogólnie rzecz biorąc, ocena jakości systemu detekcji jedynie na podstawie jego wskaźnika dokładności zgłaszania błędów, tj. stosunku prawdziwych błędów (dokładne zgłaszanie błędów) do fałszywych alarmów (fałszywe zgłaszanie błędów), jest niekompletna. Jeśli system pomiarowy ma być oceniany, konieczne jest również oparcie się na wynikach oceny dokładności systemu pomiarowego w węższym zakresie tolerancji. Kontrola statystyczna procesu
Zainstalowanie systemu AOI podczas procesu drukowania lub montażu może pomóc w wyeliminowaniu innych zmiennych procesowych nagromadzonych podczas procesu produkcji. Zakładając, że mierzysz, czy komponenty zmieniły pozycję po lutowaniu reflow, zebrane dane nie mogą odzwierciedlać dokładności procesu montażu. Należy mierzyć wyniki zarówno po montażu, jak i po lutowaniu reflow. Ale te informacje są prawie bezużyteczne do kontrolowania montażu urządzenia. Biorąc pod uwagę trend monitorowania rozwoju, zainstalowanie systemu AOI w pobliżu procesu, który musisz monitorować, może szybko skorygować parametr, który ma wejść do następnego kroku. Jednocześnie detekcja bliskiego zasięgu może również zmniejszyć liczbę niezgodnych PCB przed procesem detekcji.
Chociaż większość użytkowników AOI w branży elektronicznej nadal koncentruje się tylko na inspekcji po lutowaniu, przyszły trend miniaturyzacji komponentów i PCB będzie wymagał bardziej efektywnej kontroli procesu w pętli zamkniętej. Systemy AOI, które mogą zapewnić efektywne rozwiązania w zakresie detekcji i pomiarów, przyciągną coraz więcej użytkowników, a inżynierowie również uznają inwestycję w takie systemy za bardziej opłacalną. Dla wszystkich klientów AOI będzie nadal odgrywać ważną rolę w ulepszaniu linii produkcyjnych produktów i zwiększaniu wydajności gotowych produktów.
