Миниатюрней, быстрее, качественнее. Автоматическая оптическая инспекция печатных плат

Сергей Андреянов

Продолжение. Начало в № 2 ‘2009

Чтобы иметь дело с уровнем сложности сегодняшних ПП, система AOI должна быть чрезвычайно точной и повторяемой. Некоторые
компании, производящие AOI-оборудование, признают абсолютные требования по этим двум параметрам и подчеркивают важность разработки и развития оптики и технологии освещения, необходимых для достижения этих целей. Современный
уровень развития техники, электрооптические камеры на основе CCD, линзы, система освещения, цифровые управляющие модули движения и программное обеспечение являются подсистемами, из которых состоит исключительная система AOI. Эти
технически продвинутые системы гарантируют беспрецедентную работу, качество и рентабельность инспектируемых изделий. Неверно установленные или
смещенные компоненты, неправильная полярность,
изогнутый вывод, недостаточное или излишнее либо неаккуратно нанесенное количество припоя, дефекты типа «мост» или «могильный камень» могут
быть определены и проанализированы автоматически без замедления сборочной линии и снижения
ее производительности. Поэтому в качестве продолжения статьи «Миниатюрней, быстрее, качественнее», опубликованной в журнале «Технологии в электронной промышленности» № 2, хотелось бы подробнее остановиться на двух флагманах от
компании Mirtec, уже завоевавших широкое признание в мире по критериям, описанным ранее. Это инлайновые системы AOI (автоматические оптические
инспекции) серии MV-7 и настольные MV-3 (рис. 1).

Рис. 1. Настольная инлайновая система AOI MV-3

Назовем их преимущества:

• Настольная система с 5 камерами.
• 2-мегапиксельная цифровая камера для цветной
  съемки.
• Высочайшая скорость инспекции.
• Одного сканирования ПП достаточно, чтобы затем просматривать необходимые области (снимок
  ПП сохраняется в памяти).
• Возможность распечатки всех дефектов.
• Единственная настольная система автоматической
  оптической инспекции, которая измеряет Z-высоту.
• Простое программирование и эксплуатация.

Серия MV-3 предлагает улучшенную технологию
4-мегапиксельной цифровой камеры для цветной
съемки в системе настольного исполнения. Эта модернизированная технология обеспечивает лучший
результат в выполнении и скорости инспекции. (Чем
меньше разрешение, тем ниже нужно опуститься
камере для увеличения области; соответственно, чем
выше разрешение, тем меньше времени нужно
на увеличение.) Система камер Side Viewer («Боковое зрение») обеспечивает улучшенную инспекцию
благодаря дополнительным четырем 2-мегапиксельным камерам для цветной съемки и для бокового обзора. Серия MV-3 от компании Mirtec является первым в мире поколением систем автоматической оптической инспекции в настольном исполнении с пятью камерами.

Ее особенности:

• Инлайновая система с 5 камерами.
• 4-мегапиксельная цифровая камера для цветной
  съемки.
• Непревзойденное обнаружение дефектов.
• Двухдорожечный инспекционный конвейер.
• Встроенная система лазерной инспекции (Intelli-Scan).
• Инспекция поднятых выводов в виде крыла чайки для SOIC и QFP.
• Измерение высоты по четырем точкам для точного теста компланарности BGA и C.
• Усовершенствованная способность контроля паяльной пасты.

Устройства серии MV-7 — это инлайновые системы для инспекции дефектов производства как до, так
и после пайки, подходящие по своим параметрам для
среднего и крупносерийного производств (рис. 2).

Рис. 2. Инлайновая система AOI серии MV-7

Реализованная в данной серии улучшенная цветная 4-мегапиксельная цифровая камера заметно увеличивает скорость инспекции. Опция Side Viewer
Camera обеспечивает увеличенную инспекционную
способность через дополнительные четыре цветные
2-мегапиксельные цифровые камеры. Лазерная система Intelli-Scan (опция) делает возможным точное
измерение Z-высоты в любой области.

Принцип работы, основные узлы и доступные опции для данных систем схожи, поэтому далее мы рассмотрим основные особенности установок.

Рис. 3. Система камер Side Viewer

Преимущества системы Side Viewer Camera
(рис. 3):

• Обеспечивает улучшенную инспекцию при
  помощи дополнительных четырех 2-мегапиксельных цифровых камер для цветной
  съемки и для бокового обзора.
• Упрощает оператору оценку дефектов при
  помощи одновременного захвата изображения со всех четырех сторон в исследуемой области.
• Обеспечивает инспекцию паяного соединения
  PLCC и компонентов с J-выводами (рис. 4).

Рис. 4. Инспекция компонентов с J-выводами

Следствие используемых технологий — линейное сканирование. В отличие от «рамного сканирования» (frame-grabbing), у систем
Mirtec при помощи робота, работающего
в прямоугольной системе координат, возможно передвижение головы с камерой в любую
точку на ПП. Это, например, позволяет Mirtec
использовать боковые камеры высокого разрешения, лазеры, NG-маркер, и кто знает, что
еще будет дальше. Тогда как системы, использующие технологию frame-grabbing, могут использовать только верхнюю или нижнюю камеру.

Рис. 5. Система подсветки по четырем углам

Преимущества независимой системы подсветки по четырем углам (рис. 5):

• Четыре независимых программируемых
  зоны.
• Улучшенное распознавание перевернутых
  компонентов, поверхности ПП, царапин на
  площадке.
• Легкое распознавание компонентов с таким
  же цветом, как поверхность ПП.

Фактически, технология рамного сканирования имеет другой основной недостаток, который называется «структура освещения» (подсветки). Одним из основных правил и важных
аспектов AOI является правильная подсветка,
и системы Mirtec, оснащенные большим кругом подсветки и гибким «многоуровневым»
и «сегментным» освещением с уникальным
алгоритмом, — вне конкуренции.

Подсветку можно включать несколькими
способами: включено все, включена 1 зона,
включено 2 зоны, включено 3 зоны (рис. 6).

Рис. 6. Способы включения подсветки

Лазерная система(Intelli-Scan) обеспечивает трехмерное изображение. Ее особенности:

• Инспекция поднятых выводов в виде крыла чайки для SOIC и QFP (рис. 7).
• Измерение высоты по четырем точкам для
  точного теста компланарности BGA и CSP
  (рис. 8).
• Система способна распознать вывод, поднятый на 1 мкм (рис. 9).

Рис. 7. Тест BGA на компланарность

Рис. 8. Тест на компланарность

Рис. 9. Инспекция поднятых выводов QFP

Программное обеспечение позволяет осуществить автоматическое обучение расположению компонентов при использовании CAD-данных и поддерживает все данные по установке.

Библиотека компонентов сокращает время
на обучение и период наладки. Таблица библиотеки автоматически совмещается с инструментом автоматического обучения. Можно
проводить обучение системы по определению
новых компонентов в «ручном режиме».

Интегрированная система статического
контроля процессов содействует улучшению
процессов, позволяя пользователю отслеживать и устранять дефекты на инспектируемых
блоках.

Интегрированная система ремонта предоставляет данные для простого ремонта дефектных блоков после инспекции. Данные о дефектах на всех ПП хранятся на единственном сервере базы данных.

Поскольку производственный процесс становится все более и более сложным, увеличивается вероятность возникновения дефектов
на конечных этапах сборки ПП. Соответственно, это обуславливает равный уровень сложности для инспекционного процесса. Чтобы
достигнуть высококачественной и максимально эффективной сборки, многие производители электроники полагаются на использование автоматической оптической инспекции
(AOI), которая стала обязательным инструментом, обеспечивающим последовательно
высококачественный, быстрый и непрерывный процесс.