AOI otomatik optik denetim sistemi basılı devrelerin üretiminde nasıl uygulanır?

Yaklaşık 112 yıllık çabadan sonra, otomatik optik denetim sistemi (AOI) nihayet baskılı devre kartı (PCB) üretim hattına başarıyla uygulanmıştır. Bu süre zarfında, AOI tedarikçilerinin sayısı keskin bir şekilde artmış ve çeşitli AOI teknolojileri de önemli ilerlemeler kaydetmiştir. Şu anda, basit kamera sistemlerinden karmaşık 3 boyutlu X-ışını denetim sistemlerine kadar, birçok tedarikçi neredeyse tüm otomatik üretim hatlarına uygulanabilen AOI ekipmanı sağlayabilmektedir.

Son on yılda, lehim pastası yazıcılarının ve SMT yerleştirme makinelerinin performansı iyileştirilmiş, bu da ürün montajının hızını, doğruluğunu ve güvenilirliğini artırmıştır. Büyük üreticilerin verim oranı böylece iyileştirilmiştir. Bileşen üreticileri tarafından sağlanan SMT paketli bileşenlerin sayısının artması da baskılı devre kartı montaj hatlarında otomasyonun gelişimini tetiklemiştir. SMT bileşenlerinin otomatik olarak yerleştirilmesi, üretim hattında manuel montaj sırasında meydana gelebilecek hataları neredeyse tamamen ortadan kaldırabilir.

PCB imalat endüstrisinde, bileşenlerin minyatürleştirilmesi ve denatürasyonu her zaman gelişim trendi olmuştur. Bu, üreticileri üretim hatlarına AOI ekipmanı kurmaya teşvik etmiştir. Çünkü yoğun olarak dağıtılmış bileşenlerin güvenilir ve tutarlı bir şekilde tespiti ve doğru tespit kayıtlarının manuel işçiliğe güvenerek tutulması artık mümkün değildir. Öte yandan AOI, tekrarlanan ve hassas denetimler yapabilir ve denetim sonuçlarının depolanması ve serbest bırakılması da dijitalleştirilebilir.

Birçok durumda, lehim pastası yazıcısının ve montaj sürecinin proses mühendisleri tarafından denetlenmesi ve ayarlanması, üretim hattındaki lehim pastası kontaminasyon oranının (sıçrama oranı) milyonda sadece birkaç parça (ppm) olmasını sağlayabilir. Yüksek çıktılı/düşük karışımlı bir üretim hattı için, tipik lehim pastası kontaminasyon oranı milyonda 20 parça ile milyonda 150 parça arasındadır. Pratik deneyim, sadece baskılı devre kartı örneklerini örnekleyerek ve test ederek her bir lehim pastası türünün kontaminasyonunu tespit etmenin zor olduğunu göstermiştir. Sadece tüm devre kartlarında %100 denetim yaparak daha fazla denetim kapsamı garanti edilebilir, böylece istatistiksel proses kontrolü (SPC) sağlanır.

Büyük ölçüde, aslında sadece çok küçük bir bölümü belirli türde lehim pastası kontaminasyonu mevcuttur ve bu lehim pastası kirleticilerinin oluşumu belirli üretim ekipmanlarıyla ilişkilendirilebilir. Birçok durumda, bir lehim pastası kontaminasyonunun oluşumunu belirli bir cihaza da atfedebilirsiniz. Ancak, bileşen ofseti (yeniden akış işlemi sırasında kendi kendine düzeltme etkisi nedeniyle) gibi bazı değişkenler için, belirli bir üretim adımına geri izlemek imkansızdır. Bu nedenle, tüm lehim pastası kontaminasyonunu tespit etmek için, üretim hattındaki her üretim adımında %100 denetim yapmak gereklidir. Ancak, gerçekte, ekonomik nedenlerden dolayı, PCB üreticileri her işlem tamamlandıktan sonra her devre kartını test edemezler. Bu nedenle, proses mühendisleri ve kalite kontrol yöneticileri, denetime yapılan yatırım ile artan üretimin getirdiği faydalar arasında en iyi dengeyi nasıl kuracaklarını dikkatlice düşünmelidirler.

Genel olarak, Şekil 1'de gösterildiği gibi, bir üretim hattındaki dört üretim adımından herhangi birinden sonra AOI'yi etkili bir şekilde uygulayabilirsiniz. Aşağıdaki paragraflar, SMT PCB üretim hattında dört farklı üretim adımından sonra AOI'nin uygulanmasını sırasıyla tanıtacaktır. AOI'yi kabaca iki kategoriye ayırabiliriz: sorun önleme ve sorun tespiti. Aşağıdaki açıklamada, lehim pastası baskısından, (yüzeye montaj) cihaz yerleşiminden ve bileşen yerleşiminden sonraki denetim, sorun önleme olarak sınıflandırılabilirken, son adım - yeniden akış lehimlemesinden sonraki denetim - sorun tespiti olarak sınıflandırılabilir, çünkü bu adımdaki denetim, kusurların oluşmasını engelleyemez.

• Lehim pastası baskısından sonra:
  Büyük ölçüde, kusurlu lehimleme, kusurlu lehim pastası baskısından kaynaklanır. Bu aşamada, PCB'deki lehimleme kusurlarını kolayca ve ekonomik olarak kaldırabilirsiniz. Çoğu 2 boyutlu tespit sistemi, lehim pastası ofsetini ve eğimini, yetersiz lehim pastası alanlarını ve ayrıca lehim sıçramalarını ve kısa devreleri izleyebilir. 3 boyutlu sistem ayrıca lehim miktarını da ölçebilir.
• (Çip) cihazların yerleşiminden sonra:
  Bu aşamadaki tespit, eksik bileşenleri, yer değiştirmeyi, (çip) cihazların eğimini ve (çip) cihazların yön hatalarını tespit edebilir. Bu tespit sistemi ayrıca yakın aralıklı ve bilya ızgarası dizisi (BGA) bileşenlerini bağlamak için kullanılan pedlerdeki lehim pastasını da kontrol edebilir.
• Bileşen montajından sonra:
  Ekipman bileşenleri PCB'ye monte ettikten sonra, tespit sistemi PCB'deki eksik, ofset ve eğimli bileşenleri kontrol edebilir ve ayrıca bileşen polaritesindeki hataları tespit edebilir.
• Yeniden akış lehimlemesinden sonra:
  Üretim hattının sonunda, tespit sistemi bileşenlerin eksik, ofset ve eğimini ve ayrıca tüm polarite yönlerindeki kusurları kontrol edebilir. Sistem ayrıca lehim bağlantılarının doğruluğunu ve yetersiz lehim pastası, lehimleme sırasında kısa devreler ve kalkık ayaklar gibi kusurları da tespit etmelidir.

Gerekirse, 2, 3 ve 4. adımlarda tespit için optik Karakter Tanıma (OCR) ve optik Karakter doğrulama (OCV) yöntemlerini de ekleyebilirsiniz.

Mühendislerin ve üreticilerin farklı tespit yöntemlerinin artıları ve eksileri üzerine tartışmaları her zaman sonsuzdur. Aslında, seçim için ana kriterler, bileşen ve proses türüne, hata spektrumuna ve ürün güvenilirliği gereksinimlerine odaklanmalıdır. Birçok BGA, çip ölçekli paketleme (CSP) veya flip-chip bileşen kullanılıyorsa, tespit sisteminin etkinliğini en üst düzeye çıkarmak için birinci ve ikinci adımlara uygulanması gerekir. Ek olarak, dördüncü aşamadan sonra denetim yapmak, düşük kaliteli tüketim mallarındaki kusurları etkili bir şekilde belirleyebilir. Havacılık, tıp ve güvenlik ürünlerinde (otomotiv hava yastıkları) kullanılan PCBS'ler için, son derece sıkı kalite gereksinimleri nedeniyle, üretim hattında birçok yerde, özellikle ikinci ve dördüncü adımlardan sonra denetimler yapmak gerekebilir. Bu tür PCB'ler için, denetim için X-ışınları seçilebilir.

Üretim hattında kullanılan AOI'nin değerlendirilmesi gerekiyorsa, yalnızca tespit yapabilen sistemler ile ölçüm yapabilen sistemler arasında ayrım yapmak gerekir.

Eksik bileşenler ve yanlış yerleştirme gibi kusurları arayabilen tespit sistemleri, proses kontrolü için araç sağlayamaz, bu nedenle PCBS'lerin üretim sürecini iyileştirmek için kullanılamazlar. Mühendisler hala üretim sürecini manuel olarak ayarlamak zorundadır. Ancak, bu tespit sistemleri hem hızlı hem de ucuzdur.

Öte yandan, ölçüm sistemi her bir bileşen için doğru veriler sağlayabilir, bu da üretim proses parametrelerini ölçmek için büyük önem taşır. Bu sistemler tespit sistemlerinden daha pahalıdır, ancak bunları SPC yazılımıyla entegre ettiğinizde, ölçüm sistemi üretim sürecini iyileştirmek için gerekli bilgileri sağlayabilir.

Genel olarak, bir tespit sisteminin kalitesini sadece hata raporlama doğruluğuna, yani gerçek hataların (doğru hata raporlama) yanlış alarmlara (yanlış hata raporlama) oranına göre değerlendirmek kapsamlı değildir. Bir ölçüm sisteminin değerlendirilmesi gerekiyorsa, daha küçük bir tolerans aralığında ölçüm sisteminin doğruluğunun değerlendirme sonuçlarına da güvenmek gerekir. İstatistiksel Proses kontrolü

• Doğru ölçüm verileri
• Tekrarlanabilir ve tekrarlanabilir ölçüm
• Zaman ve mekandaki olayların ölçümüne yakın
• Ayrıca gerçek zamanlı ölçüm süreci ve üretim süreciyle ilgili tüm bilgiler

Baskı veya montaj işlemi sırasında bir AOI sistemi kurmak, üretim süreci sırasında biriken diğer proses değişkenlerini ortadan kaldırmanıza yardımcı olabilir. Bileşenlerin yeniden akış lehimlemesinden sonra konum değiştirip değiştirmediğini ölçtüğünüzü varsayarsak, topladığınız veriler montaj işleminin doğruluğunu yansıtamaz. Hem montajdan sonra hem de yeniden akış lehimlemesinden sonra sonuçları ölçmelisiniz. Ancak bu bilgiler, cihaz montajını kontrol etmek için neredeyse işe yaramaz. İzleme geliştirme eğilimi göz önüne alındığında, izlemeniz gereken prosese yakın bir AOI sistemi kurmak, bir sonraki adıma girmek üzere olan bir parametreyi hızlı bir şekilde düzeltebilir. Aynı zamanda, yakın aralıklı tespit, tespit işleminden önce uyumsuz PCBS sayısını da azaltabilir.

Elektronik endüstrisindeki çoğu AOI kullanıcısı hala sadece lehimleme sonrası denetime odaklanmasına rağmen, bileşenlerin ve PCBS'lerin minyatürleştirilmesinin gelecekteki eğilimi daha etkili kapalı döngü proses kontrolü gerektirecektir. Etkili tespit ve ölçüm çözümleri sağlayabilen AOI sistemleri giderek daha fazla kullanıcı çekecek ve mühendisler de bu tür sistemlere yapılan yatırımı daha değerli olarak değerlendireceklerdir. Tüm müşteriler için, AOI ürün üretim hatlarını iyileştirmede ve bitmiş ürünlerin verimini artırmada önemli bir rol oynamaya devam edecektir.