Как автоматическая система оптической инспекции AOI применяется при производстве печатных схем?

После почти 112 лет усилий система автоматического оптического контроля (АОК) наконец-то успешно применена на производственной линии печатных плат (ПП). За этот период количество поставщиков АОК резко возросло, а также был достигнут значительный прогресс в различных технологиях АОК. В настоящее время, от простых камерных систем до сложных 3D-рентгеновских систем контроля, многие поставщики практически способны предоставить оборудование АОК, которое может быть применено ко всем автоматическим производственным линиям.

За последнее десятилетие производительность принтеров для нанесения паяльной пасты и автоматов установки компонентов SMT была улучшена, что повысило скорость, точность и надежность сборки изделий. Таким образом, была повышена производительность крупных производителей. Увеличение количества компонентов в корпусах SMT, предоставляемых производителями компонентов, также стимулировало развитие автоматизации на линиях сборки печатных плат. Автоматическая установка компонентов SMT практически полностью исключает ошибки, которые могут возникнуть при ручной сборке на производственной линии.

В индустрии производства ПП тенденцией развития всегда были миниатюризация и денатурация компонентов. Это побудило производителей устанавливать оборудование АОК на своих производственных линиях. Потому что больше невозможно проводить надежное и последовательное обнаружение плотно расположенных компонентов и вести точные записи обнаружения, полагаясь на ручной труд. АОК, с другой стороны, может проводить повторные и точные проверки, а хранение и выдача результатов проверки также могут быть оцифрованы.

Во многих случаях проверка и регулировка принтера для нанесения паяльной пасты и процесса сборки инженерами-технологами могут гарантировать, что уровень загрязнения паяльной пасты (уровень разбрызгивания) на производственной линии составляет всего несколько частей на миллион (ppm). Для высокопроизводительной/низкосмешанной производственной линии типичный уровень загрязнения паяльной пасты составляет от 20 частей на миллион до 150 частей на миллион. Практический опыт показал, что трудно обнаружить загрязнение каждого типа паяльной пасты только путем отбора проб и тестирования образцов печатных плат. Только проводя 100% контроль всех печатных плат, можно гарантировать больший охват контроля, тем самым достигая статистического управления процессом (SPC).

В значительной степени существует лишь очень небольшая часть конкретных типов загрязнений паяльной пасты, и возникновение этих загрязнителей паяльной пасты может быть связано с определенным производственным оборудованием. Во многих случаях вы также можете приписать возникновение загрязнения паяльной пасты конкретному устройству. Однако для некоторых переменных, таких как смещение компонентов (из-за эффекта самокоррекции в процессе оплавления), невозможно проследить до конкретного производственного этапа. Поэтому, чтобы обнаружить все загрязнения паяльной пасты, необходимо проводить 100% контроль на каждом производственном этапе на производственной линии. Однако в реальности, из-за экономических соображений, производители ПП не могут тестировать каждую печатную плату после завершения каждого процесса. Поэтому инженеры-технологи и менеджеры по контролю качества должны тщательно обдумать, как найти наилучший баланс между инвестициями в контроль и выгодами, приносимыми увеличением производства.

Вообще говоря, как показано на рисунке 1, вы можете эффективно применять АОК после любого из четырех производственных этапов на производственной линии. В следующих абзацах будет представлено применение АОК после четырех различных производственных этапов на производственной линии ПП SMT. Мы можем условно разделить АОК на две категории: предотвращение проблем и обнаружение проблем. В следующем описании контроль после печати паяльной пасты, установки (поверхностного монтажа) устройств и установки компонентов можно классифицировать как предотвращение проблем, в то время как последний этап - контроль после оплавления - можно классифицировать как обнаружение проблем, потому что контроль на этом этапе не может предотвратить возникновение дефектов.

• После печати паяльной пасты:
  В значительной степени дефектная пайка происходит из-за дефектной печати паяльной пасты. На этом этапе вы можете легко и экономично удалить дефекты пайки на ПП. Большинство 2D-систем обнаружения могут контролировать смещение и перекос паяльной пасты, недостаточные области паяльной пасты, а также брызги припоя и короткие замыкания. 3D-система также может измерять количество припоя.
• После установки (чип) устройств:
  Обнаружение на этом этапе может выявить отсутствующие компоненты, смещение, перекос (чип) устройств и направленные дефекты (чип) устройств. Эта система обнаружения также может проверять паяльную пасту на площадках, используемых для соединения компонентов с малым шагом и матрицей шариковых выводов (BGA).
• После монтажа компонентов:
  После того, как оборудование установит компоненты на ПП, система обнаружения может проверить наличие отсутствующих, смещенных и перекошенных компонентов на ПП, а также обнаружить ошибки в полярности компонентов.
• После оплавления:
  В конце производственной линии система обнаружения может проверить наличие отсутствующих, смещенных и перекошенных компонентов, а также дефекты во всех аспектах полярности. Система также должна обнаруживать правильность паяных соединений, а также дефекты, такие как недостаточное количество паяльной пасты, короткие замыкания во время пайки и поднятые выводы.

При необходимости вы также можете добавить методы оптического распознавания символов (OCR) и оптической проверки символов (OCV) для обнаружения на этапах 2, 3 и 4.

Дискуссии инженеров и производителей о плюсах и минусах различных методов обнаружения всегда бесконечны. Фактически, основными критериями для выбора должны быть тип компонентов и процессов, спектр дефектов и требования к надежности продукта. Если используется много компонентов BGA, CSP (чип-масштабная упаковка) или flip-chip, система обнаружения должна применяться на первом и втором этапах, чтобы максимизировать ее эффективность. Кроме того, проведение контроля после четвертого этапа может эффективно выявлять дефекты в товарах массового потребления. Для ПП, используемых в аэрокосмической, медицинской и безопасной продукции (автомобильные подушки безопасности), из-за чрезвычайно строгих требований к качеству может потребоваться проведение контроля во многих местах на производственной линии, особенно после второго и четвертого этапов. Для этого типа ПП можно выбрать рентгеновские лучи для контроля.

Если АОК, используемая на производственной линии, должна быть оценена, необходимо различать системы, которые могут только выполнять обнаружение, и системы, которые могут выполнять измерения.

Системы обнаружения, которые могут только искать дефекты, такие как отсутствующие компоненты и неправильное размещение, не могут предоставить инструменты для управления процессом, поэтому они не могут использоваться для улучшения производственного процесса ПП. Инженерам все равно придется настраивать производственный процесс вручную. Однако эти системы обнаружения и быстры, и недороги.

С другой стороны, измерительная система может предоставить точные данные для каждого компонента, что имеет большое значение для измерения параметров производственного процесса. Эти системы дороже, чем системы обнаружения, но когда вы интегрируете их с программным обеспечением SPC, измерительная система может предоставить информацию, необходимую для улучшения производственного процесса.

В целом, не является всеобъемлющим для людей оценивать качество системы обнаружения только на основе ее точности отчетности об ошибках, то есть отношения истинных ошибок (точная отчетность об ошибках) к ложным тревогам (ложная отчетность об ошибках). Если измерительная система должна быть оценена, необходимо также полагаться на результаты оценки точности измерительной системы в меньшем диапазоне допусков. Статистическое управление процессом

• Точные данные измерений
• Воспроизводимые и повторяемые измерения
• Близость к измерению событий во времени и пространстве
• А также процесс измерения в реальном времени и вся информация, относящаяся к производственному процессу

Установка системы АОК во время процесса печати или монтажа может помочь вам устранить другие переменные процесса, накопленные в процессе производства. Предположим, что вы измеряете, сместились ли компоненты после оплавления, данные, которые вы собираете, не могут отражать точность процесса монтажа. Вы должны измерять результаты как после монтажа, так и после оплавления. Но эта информация практически бесполезна для управления установкой устройства. Учитывая тенденцию мониторинга развития, установка системы АОК вблизи процесса, который вы должны контролировать, может быстро исправить параметр, который вот-вот перейдет к следующему этапу. В то же время обнаружение на близком расстоянии также может уменьшить количество несоответствующих ПП до процесса обнаружения.

Хотя большинство пользователей АОК в электронной промышленности по-прежнему сосредоточены только на контроле после пайки, будущая тенденция миниатюризации компонентов и ПП потребует более эффективного управления процессом с замкнутым циклом. Системы АОК, которые могут предоставлять эффективные решения для обнаружения и измерения, будут привлекать все больше и больше пользователей, и инженеры также будут считать инвестиции в такие системы более оправданными. Для всех клиентов АОК будет продолжать играть важную роль в улучшении производственных линий продукции и увеличении выхода готовой продукции.