Безопасное обнаружение скрытых дефектов

№ 1’2015
PDF версия
Системы автоматического оптического контроля (AOI) — неотъемлемый элемент производства печатных модулей, обеспечивающий высокое качество изделий. Благодаря тому что у пользователя имеется возможность выбрать систему с разными опциями, удовлетворяется самый широкий спектр требований к обеспечению качества изделий. Для оптимального обнаружения дефектов независимо от топологии печатных плат и параметров сборки необходима самая современная система контроля с угловым обзором.

Системы AOI необходимы для осмотра паяных соединений выводов микросхем в PLCC-корпусах, а также выводов ИС, выпускаемых в иных корпусах (SO, QFP и т. д.). И хотя в последнем случае предусмотрен ортогональный осмотр паяных соединений, надежность обнаружения дефектов в значительной мере зависит от размещения проверяемых компонентов. Поскольку в таких ситуациях возникает большой риск потерять контроль над качеством пайки площадок и компонентов, используется метод углового осмотра, который предоставляет нужную визуальную информацию для анализа.

Однако это дополнительное направление осмотра не должно считаться основным средством, позволяющим повысить качество визуальной проверки, так как у данного метода есть несколько ограничений, влияющих на весь процесс автоматического оптического контроля. К ним относится большее время, необходимое на захват дополнительного изображения, существенно меньший угол обзора и такое расположение компонентов на печатной плате, которое ограничивает осмотр паяных соединений.

Учитывая все эти особенности оптического контроля, компания GÖPEL electronic создала вращающийся модуль Chameleon, способный совместно с функцией интеллектуальной верификации обеспечить надежное выявление дефектов независимо от топологии печатных плат (рис. 1).

Осмотр выводов ИС с помощью стандартного метода углового обзора

Рис. 1. Осмотр выводов ИС с помощью стандартного метода углового обзора

Давайте обсудим применение этого инновационного модуля, главным образом, для обнаружения приподнятых выводов ИС на платах с разными топологиями и в разных сборках.

 

Обнаружение существенных дефектов

К наиболее значительным дефектам при производстве печатных плат относятся приподнятые выводы, одной из причин возникновения которых является недостаточное смачивание (например, из-за окисления выводов). Результаты электрических испытаний (ICT, граничное сканирование, функциональный тест) могут свидетельствовать об идеальном электрическом контакте площадок на печатной плате, несмотря на отсутствие соединений и неправильное функционирование устройства.

Обнаружение приподнятых выводов — очень сложная задача из-за внешних различий этих элементов. Следующие параметры оказывают существенное влияние на качество паяных соединений:

  • количество припоя;
  • ширина контактных площадок;
  • длина контактных площадок;
  • растекание припоя у основания вывода;
  • растекание припоя по контактным площадкам;
  • высота выводов.

Разное сочетание данных факторов обусловливает внешние различия при проявлении эффекта приподнятых выводов (рис. 2). Из-за того что этот эффект в значительной мере зависит от топологии печатной платы и качества пайки, ортогональный осмотр компонентов не во всех случаях позволяет обнаружить приподнятые выводы.

Примеры проявления эффекта приподнятых выводов

Рис. 2. Примеры проявления эффекта приподнятых выводов

Одной угловой инспекции недостаточно. Как уже упоминалось, многие считают метод углового осмотра единственным средством, обеспечивающим максимальный процент выявленных дефектов. Учитывая, однако, влияние следующих параметров на работу систем автоматического оптического контроля, требуется критический подход к использованию этого метода в каждом конкретном случае:

  • поле зрения определяет скорость осмотра с помощью системы AOI. Поскольку при производстве сложных печатных плат с большим числом ИС применяется только угловой осмотр, этот параметр является основным фактором, определяющим время осмотра;
  • глубина резкости и качество изображения определяют поле зрения при угловом осмотре печатной платы и компонентов с большой высотой. Следовательно, эти параметры влияют на качество осмотра и его скорость;
  • анализ пайки путем осмотра только передних менисков соединений не позволяет полностью оценить качество изготовления платы. Метод углового обзора выводов ИС обеспечивает оптический контроль, в большой мере напоминающий испытания IPC;
  • при контроле пайки выводов ИС с шагом до 0,3 мм требуется достаточно высокое разрешение, чтобы обеспечить безопасное выявление дефектов;
  • выводы ИС могут перекрываться высокими компонентами, что осложняет угловой осмотр;
  • изгиб печатной платы во время угловой инспекции может стать причиной смещения изображения камеры. Для противодействия этому эффекту используется соответствующий алгоритм компенсации;
  • для реализации метода углового (неортогонального) осмотра компонентов требуется намного больше времени на программирование, поскольку в этом случае не используются контрольные образцы из библиотеки и необходима ручная настройка;
  • для безопасного выявления дефектов при минимальном проценте обнаружения ложных дефектов нужно не только обеспечить захват изображения методом угловой инспекции, но и реализовать функцию интеллектуальной проверки с учетом всех упомянутых выше факторов.

 

От теории к практике

Основой для проектирования полнофункционального модуля угловой инспекции стал каталог компании GÖPEL electronic, в котором перечислены все виды приподнятых выводов и их комбинации на основе данных о реальных образцах, полученных благодаря сотрудничеству с заказчиками. В каталоге представлены тысячи примеров приподнятых выводов разного вида. С помощью этой информации был разработан метод захвата изображений, учитывающий разные углы осмотра и освещение. Метод обеспечивает выявление всех известных видов приподнятых выводов.

В соответствии с требованиями к захвату изображений модуль угловой инспекции обладает очень большим полем зрения (4242 мм), поддерживает превосходное качество воспроизведения и глубину резкости, а также разрешение величиной 10,5 мкм/пикс.

Алгоритм, созданный на основе захваченных этим модулем изображений, позволяет осуществлять автоматическое обнаружение приподнятых выводов с учетом всех упомянутых выше факторов.

Осмотру паяных соединений, который во многом соответствует требованиям IPC, было уделено особое внимание. Такая возможность достигается только благодаря методу угловой инспекции выводов ИС. Причем использование интеллектуальной оптической системы обеспечивает одновременный осмотр двух противоположных рядов выводов одной ИС. В результате сокращается время инспекции, когда, например, для захвата изображения ИС в корпусе SO применяется только одно положение видеокамеры (рис. 3). Даже при осмотре компонентов с четырьмя рядами выводов требуются лишь два направления осмотра, отличающиеся на 90°.

Осмотр ИС в корпусе SO осуществляется под углом 45° с помощью модуля Chameleon от компании GÖPEL electronic

Рис. 3. Осмотр ИС в корпусе SO осуществляется под углом 45° с помощью модуля Chameleon от компании GÖPEL electronic

Финальная проверка алгоритма с использованием всех имеющихся реальных образцов приподнятых выводов, а также приложения на производстве подтвердили абсолютно полное выявление всех дефектов. При этом частота обнаружения ложных дефектов не увеличилась.

При разработке модуля углового осмотра учитывалась его возможность не только обнаруживать дефекты в сложных сборках, где поле зрения перекрыто высокими компонентами, но и осматривать компоненты под разными углами. В результате модуль обеспечивает обзор в 360° с шагом 1°.

Модуль имеет следующие преимущества:

  1. Для осмотра компонентов под разными углами (например, 20°) не требуется регулировать положение модуля или изменять параметры — следует определить лишь направление обзора в соответствии с выбранной угловой позицией, а контроль осуществляется с помощью стандартного образца из библиотеки, находящегося под углом 0°.
  2. Если поле зрения перекрыто компонентами, есть возможность изменить направление осмотра на несколько градусов. При этом гарантируется безопасный контроль дефектов.
Модуль Chameleon для угловой инспекции, который используется в системах АОI семейства OptiCon

Рис. 4. Модуль Chameleon для угловой инспекции, который используется в системах АОI семейства OptiCon

На рис. 4 показан модуль Chameleon, который предназначен для угловой инспекции и используется в системах AOI семейства OptiCon.

 

Выводы

Высокое качество производства печатных плат достигается с помощью многофункционального модуля углового обзора, обеспечивающего независимый от топологии контроль и безопасное выявление дефектов. Величина угла обзора в значительной мере влияет на скорость осмотра, осуществляемого с помощью системы AOI. Беспрепятственное изменение угла осмотра в диапазоне 360° значительно упрощает инспекцию паяных соединений в тех случаях, когда поле зрения перекрыто высокими компонентами.

Модуль Chameleon для углового осмотра устанавливается в системы АОI семейства OptiCon

Рис. 5. Модуль Chameleon для углового осмотра устанавливается в системы АОI семейства OptiCon

Интеграция модуля в поточные линии и автономные системы AOI позволяет значительно повысить качество даже при контроле небольших партий изделий (рис. 5).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *