Оптический контроль печатных плат: микроскопы бинокулярный vs безокулярный
Дефекты паяных соединений можно разделить на три основные группы: поверхностные, внутренние, сквозные. К основным дефектам, влияющим на корректную работу устройства, относятся непропаи, трещины, раковины, посторонние включения. Для их выявления применяются paзличные метoды неpaзрушающего и paзрушающего контpoля. В статье мы уделим внимание одному из методов неразрушающего контроля — оптическому. Суть его сводится к обнаружению видимых изъянов, превышающих допустимые пределы. Оператор, осуществляющий контроль, должен каждый раз сравнивать изделие с эталоном и в случае обнаружения несоответствий самостоятельно принять решение о пригодности изделия.
Самый простой способ выполнения оптического контроля — визуальный осмотр, без применения дополнительных приспособлений либо с применением лупы. Данный метод имеет лишь одно достоинство — отсутствие необходимости использовать сложные технические средства. К недостаткам можно отнести низкую эффективность и значительное влияние на результат человеческого фактора.
Для повышения эффективности оптического контроля широко применяются микроскопы различных типов, рассмотрим некоторые из них.
Наиболее популярным и давно применяемым типом является бинокулярный стереоскопический микроскоп. Он существенно облегчают работу оператора в условиях, когда используются мелкие микросхемы и шаг выводов достигает 0,4 мм.
Для наглядности рассмотрим конкретную модель микроскопа российского производителя «Альтами» — СМ0745 (рис. 1). Одной из главных характеристик, имеющих значение при проведении визуального контроля, является рабочее расстояние от объекта исследования до объектива.
У микроскопа «Альтами СМ0745» по умолчанию рабочее расстояние составляет 118 мм. С помощью уменьшающей линзы 0.5× на объектив микроскопа достигается рабочее расстояние 195 мм, в данном случае больше подходящее для осуществления визуального контроля.
Следует отметить, что использование уменьшающих линз-насадок ведет к увеличению не только рабочего расстояния, но и видимого поля.
Большое значение для качественного визуального контроля имеет правильно подобранное освещение. При рабочем расстоянии до 275 мм предпочтителен светодиодный кольцевой осветитель с регулировкой яркости (рис. 2).
Осветитель состоит из восьми светодиодов, мощностью 1 Вт каждый, обеспечивающих яркое и равномерное бестеневое освещение холодным белым светом, что повышает контрастность изображения при освещении темных предметов. Возможно оснащение осветителя специальным комплектом поляризации, предотвращающим блики (рис. 3).
При проведении визуального контроля реже используется светодиодный двужгутовый осветитель с креплением на штангу штатива или стола (рис. 4).
Если необходима фотофиксация инспектируемых объектов, микроскоп может комплектоваться цифровой камерой. В комплект поставки входит ПО, позволяющее выполнять линейные измерения объектов (рис. 5).
К достоинствам этого микроскопа можно отнести невысокую стоимость, простоту эксплуатации, надежность.
Далее рассмотрим безокулярные стереомикроскопы на примере Mantis от компании Vision Engineering (Великобритания). Главная особенность данных приборов состоит в отсутствии привычных окуляров: оператор изучает изображение объекта на экране безокулярной оптической головы (рис. 6).
Это дает ряд преимуществ: отпадает необходимость совмещения глаз с окулярами, снижается напряжение мышц шеи и спины и утомляемость глаз, также уменьшается общая утомляемость в связи с эргономичным положением тела оператора, что в свою очередь положительно сказывается на результатах работы. Применение безокулярной технологии позволяет получать улучшенную пространственную детализацию, возможность периферического обзора.
Данная линейка состоит из трех основных моделей: Compact, Elite, Elite-Cam HD.
Mantis Compact — эргономичный стереоувеличитель, создающий небольшие увеличения, необходимые для выполнения задач визуального контроля и ручной обработки там, где традиционно используются настольные лампы-лупы. Доступные к установке быстросъемные объективы обеспечивают оптические характеристики, показанные в таблице 1.
Оптические характеристики |
||
Объективы |
Рабочее расстояние |
Поле зрения |
2× |
167 мм |
45 мм |
4× |
96 мм |
27,5 мм |
6× |
73 мм |
19,2 мм |
8× |
58,5 мм |
14,3 мм |
Благодаря встроенной светодиодной подсветке холодного света, рассчитанной на работу свыше 10000 ч, формируется реалистичная цветопередача и наблюдается полное отсутствие теней.
Mantis Elite обеспечивает увеличение до 20× и имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с Mantis Compact. Оптические характеристики объективов Mantis Elite приведены в таблице 2.
Оптические характеристики |
||
Объективы |
Рабочее расстояние |
Поле зрения |
2× |
167 мм |
45 мм |
4× |
96 мм |
27,5 мм |
6× |
73 мм |
19,2 мм |
6× SLWD* |
112 мм |
20 мм |
8× |
59 мм |
17 мм |
10× |
54 мм |
13,5 мм |
15× |
40 мм |
8,8 мм |
20× |
29 мм |
6,5 мм |
Обе модели могут комплектоваться различными штативами:
- универсальным штативом для простой и комфортной работы (рис. 7);
- шарнирным штативом, разработанным специально для расширения зоны обзора без снижения устойчивости (рис. 8);
- устойчивым настольным штативом с интегрируемой фокусной регулировкой и нижней подсветкой (рис. 9);
- напольным штативом, идеально подходящим для неподвижных или вертикально расположенных объектов (рис. 10). Применяется совместно с шарнирным штативом. Обеспечивает подъем, поворот, наклон и вращение.
Третья модель из линейки Mantis Elite-Cam HD — это вариант стереоувеличителя Mantis Elite с интегрированной цифровой камерой USB2.0, за счет которой оптические характеристики Mantis дополняются возможностями захвата и сохранения изображения и видео (рис. 11).