Точная и быстрая АОИ теперь важна как никогда

Новые технологии АОИ обеспечивают преимущества разным производителям, как предприятиям с высоким объемом выпуска массовой продукции, так и изготовителям, сфокусированным на узком специализированном сегменте рынка и использующим редкие материалы и конструкции ПП, или компаниям, которым требуется высокая гибкость и быстрая подготовка рабочих процессов.

Мнение производителей и разработчиков ПП совпадают в том, что основные задачи контроля заключаются в снижении общего времени инспектирования, лучшем обнаружении реальных дефектов и уменьшении ложных результатов, а также снижении стоимости и времени на проведение каждой проверки, чего, впрочем, не удается достичь при использовании многих систем АОИ, представленных на рынке. Но сегодня появились АОИ-системы Orbotech, обладающие новыми интересными возможностями, об этом и пойдет речь.

Более точное обнаружение дефектов

Точность для АОИ-систем всегда была приоритетом. В настоящее время, когда конструкции стали гораздо более сложными и дорогими, наличие дефектов в выпускаемой продукции в итоге значительно больше влияет на прибыль. Например, в разработках для автомобильной, авиакосмической, военной и медицинской отраслей, где надежность и безопасность устройств критична, пропуск дефекта может привести к катастрофе.

Несколько факторов значительно усложняют обнаружение дефектов на современных ПП. К ним относят высокую плотность топологии с шириной проводников и зазоров менее 50 мкм, различные конструктивы (платы высокой плотности HDI, платы с большим количеством слоев, гибкие и гибко-жесткие платы). Кроме того, производители вынуждены использовать огромное количество материалов подложек, включая дорогие высокочастотные диэлектрики, в частности Rogers и Teflon. Не все системы АОИ способны преодолеть эти факторы без компромиссов.

Большинство систем АОИ сканирует плату на наличие ошибок с помощью одного монохромного изображения, полученного благодаря рассеянному освещению, одинаковому для всех используемых на инспектируемой плате материалов и цветов. Для продуктов с низкой стоимостью, где количество бракованных изделий не столь важно или где более высокое количество ложных дефектов приемлемо для выпуска, этот метод может подойти.

Однако для более сложных конструкций, перечисленных выше, предпочтительно решение, предусматривающее технологию многоканальной обработки изображений. Системы АОИ, располагающие такой технологией, одновременно получают несколько изображений в разных цветах и обнаруживают детали, которые остаются незамеченными обычными системами АОИ с монохромным изображением. Освещение платы с помощью источников света с разной длиной волны под разными углами позволяет более точно идентифицировать дефекты, например вмятину или окисленную медь, а также определить загрязнение или выступ неправильной формы; более того, возможно обнаружить тонкие перемычки и отделить их от вмятин на диэлектрике.

Часто случается, что при монохромном красном освещении два разных дефекта выглядят одинаково. Но действительная разница обнаруживается при дополнительном источнике освещения — это помогает выявить трудно различимые отличия в дефектах и не допустить появления ложных результатов (рис. 1). В итоге получаются наиболее точные данные без удлинения процесса инспектирования.

Рис. 1. Вид дефекта:
a) общий, в видимом свете;
б) в монохромном красном источнике света (непонятно, пыль это или выступ);
в) в дополнительном синем источнике света — обнаружена пыль (ложный дефект)

Поддержка самых сложных в использовании материалов и типов плат

Многие годы системы АОИ могут точно инспектировать целый ряд конструкций и подложек. Когда появились гибкие слои и тонкие слои высокой плотности, обычные АОИ-системы при проведении проверки прозрачных и полупрозрачных слоев столкнулись с трудностями, выдавая при этом большое количество ложных дефектов.

Технология получения нескольких изображений полностью решает такую проблему, поскольку инспектируемые слои освещаются с помощью источников света с разной длиной волны. Несколько изображений помогают получить гораздо более точную визуальную информацию без потери производительности. Это позволяет провести более точную инспекцию без ложных дефектов от просвечивающих нижних слоев, как, например, в случае на рис. 2.

Рис. 2.
a) Изображение под микроскопом;
б) монохромный красный источник света — просвечивают нижние слои;
в) дополнительный синий источник света — виден только проверяемый слой, инспекция возможна

Усовершенствованный анализ изображений и уменьшение «сверхчувствительности»

Точность систем АОИ основывается на разрешении сканированного изображения, но для правильного поиска дефектов нужны еще и соответствующие исходные CAM-данные. Проблема «сверхчувствительности» заключается в том, что избыточно точное изображение дает большое количество ложных дефектов на полигонах и других некритичных элементах, однако если загрубить точность изображения, то возникает риск пропуска дефекта на тонких проводниках. Поэтому процесс интерпретации CAM-данных с учетом алгоритмов оптической инспекции является критичным для истинного обнаружения дефектов.

Современные АОИ-системы решают проблему сверхчувствительности, то есть частого появления ложных дефектов, с помощью интеллектуальных алгоритмов, позволяющих «понимать» топологию сложных плат. Инструменты анализа изображений идентифицируют дефект, включая его местонахождение, тип и размер, и сравнивают их с допусками для этой области и типа топологии. Анализируя полученные данные, алгоритм сортирует дефекты в зависимости от типа и критичности недочета для конкретной области, тем самым избавляя оператора от нудного просмотра большого количества ложных дефектов.

Например, АОИ-системы Orbotech будут игнорировать небольшие дефекты в неактивных областях конструкции, скажем, протрав в контактной площадке, который будет в дальнейшем процессе высверлен и не повлияет на функциональность платы. В то же время система станет искать более мелкие изъяны на важных элементах: узких проводниках и зазорах между ними или контактными площадками.

Автоматическая настройка

Все производители печатных плат хотят снизить время настройки на каждом этапе технологического процесса. Особенно это необходимо для мелкосерийного выпуска специализированных плат и прототипов, которое ежедневно требует десятков новых настроек на новые типы печатных плат. Настройка системы АОИ — достаточно кропотливый, продолжительный и повторяющийся ручной труд, который теперь может быть заменен более быстрым и точным автоматическим процессом.

В системах АОИ, оснащенных автоматической настройкой, на первой заготовке в задании оператор может оптимально настроить аппаратуру с помощью визуальной классификации дефектов. Руководствуясь этим, система автоматически будет распределять их по категориям и сортировать по степени важности, от опасных к менее важным. При верификации это позволяет оператору легко концентрировать внимание на критичных моментах и не тратить время на анализ заведомо допустимых недочетов. Очень важно, что, если дефект настолько мал, что не виден при верификации, но находится в категории ложных дефектов, оператор может включить УФ-подсветку и легко его обнаружить. В результате получается интуитивно понятный, удобный и быстрый процесс настройки, который будет автоматически использоваться на остальной партии плат, увеличив тем самым эффективность системы оптического инспектирования для всего цикла производства.

Конечно, автоматически выполняемая настройка может выполняться, только если система интегрирована с используемой CAM-системой и если система AOI оснащена технологиями получения нескольких изображений и анализа сложных заготовок, обеспечивающими нужный уровень точности инспектирования.

Возможность автоматического оптического структурирования

Самой важной причиной, почему нужно применять современные системы автоматического оптического инспектирования, является то, что в данный момент можно использовать полученные качественные данные проведенной инспекции для интеграции с системами автоматического оптического структурирования (АОС). Новейшие разработки в 3D-структурировании (рис. 3) позволяют в дополнение к исправлению найденных дефектов (рис. 4) избытка медных участков, где системе необходимо удалить лишнюю медь лазерной абляцией, заново воссоздать проводники в местах обрывов или заужений. Примеры работы АОС-системы приведены на рис. 5, 6.

Рис. 3. 3D-измерения

Рис. 4. Отчет о дефектах и их расположении

Рис. 5. 3D-изображение:
a) перед структурированием;
б) после структурирования

Рис. 6. УФ-изображение:
a) перед структурированием;
б) после структурирования

Оба вида дефектов исправляются в одном процессе даже на сложных типах слоев и элементов, например в слоях с высокой плотностью компоновки, областях с тесным расположением линий, в углах и на площадках сложных многослойных плат. Решения автоматического оптического структурирования позволяют спасать платы, ремонт которых ручными методами ранее не представлялся возможным.

Новые возможности измерения и создания отчетов

На многих производствах, особенно изготавливающих платы для аэрокосмической, военной, автомобильной и медицинской отраслей, надежность и качество контрольных измерений требует значительных временных затрат и высокой квалификации персонала. Специальные инструменты измерений и подготовки отчетов были разработаны с учетом передовых технологий АОИ и измерений. Эти возможности упрощают проверку и измерения, при этом качество и надежность получаемых результатов гораздо выше по сравнению с менее сложными ручными системами.

Решение проблем производства ПП с передовыми системами АОИ

АОИ — это лишь часть всего автоматизированного процесса производства ПП. В данной статье показано, как новые возможности усовершенствованных систем АОИ расширяют роль и увеличивают важность оптической инспекции во всем процессе. Использующиеся технологии получения нескольких изображений, улучшенной оптики, алгоритмов обработки данных для нахождения и классификации дефектов, усовершенствованные системы АОИ решают множество сложных задач, с которыми сталкиваются производители.

Возможность поддержки усовершенствованными системами AOI гибких, гибко-жестких, многослойных плат, плат высокой плотности, в которых применено множество различных материалов, выбор наиболее оптимального процесса оптической инспекции, а также использование высокоточного автоматического процесса оптического структурирования для ремонта дефектов позволяют повысить надежность изготовления и снизить количество бракованных изделий при увеличении производительности.