+7 (812) 309-27-37
+7 (495) 646-14-76
+7 (800) 555-68-89
liniya.jpg
Меню

В вашем браузере отключен java-script.

Включите его в настройках браузера,
или обратитесь к своему системному администратору.


Новости



Методы двухмерного и трехмерного контроля на одной платформе автоматической оптической инспекции

Статья опубликована в журнале
«Технологии в электронной промышленности» № 1’ 2013

Продолжающиеся общемировые тенденции к миниатюризации электронных сборок ведет к увеличению плотности и сложности монтажа плат. По мере усложнения производственных процессов увеличивается и вероятность возникновения дефектов сборки. На протяжении многих лет автоматическая оптическая инспекция (АОИ), используемая для контроля качества производства электронных сборок, основывалась только на двухмерных принципах.

Несмотря на то, что современные алгоритмы двухмерной инспекции позволяют выявлять такие дефекты, как пропущенный или неверно установленный компонент, нехватку или избыток припоя, перемычки (КЗ), существует неотъемлемое ограничение по проверке компланарности миниатюрных ИС, некоторых выводных компонентов, корпусов BGA и светодиодов. Тем не менее, инспекция этих компонентов является крайней необходимостью и требует подключения третьего измерения – технологий трехмерной инспекции.

Здесь важно понять, что существуют преимущества и недостатки, связанные как с двухмерной, так и с трехмерной технологиями. Для достижения максимального контроля качества собираемых изделий система автоматической оптической инспекции должна, совмещать обе технологии на одной платформе. Проведем анализ и дадим сравнение возможностей 2-D и 3-D технологий.

Понятие технологии двухмерной инспекции

В современном мире технология двухмерной инспекции является наиболее широко применяемым решением в системах автоматической оптической инспекции и наиболее доступна для производителей электроники. Современные системы АОИ оснащаются несколькими камерами высокого разрешения (10 – 15 мегапикселей), телецентрическими линзами и многоуровневыми системами подсветки для обеспечения должного освещения в ходе проверки.

Однако одного только «железа», даже самого совершенного, может оказаться недостаточно. Система автоматической оптической инспекции должна также обеспечивать сложный набор алгоритмов обработки и анализа изображения для выявления производственных дефектов сборки. Для правильного понимания возможностей и особенностей двухмерной технологии инспекции ознакомимся с таблицей 1.

Таблица 1 – Описание преимуществ и недостатков двухмерной технологии инспекции:

Преимущества двухмерной технологии   Недостатки двухмерной технологии
Отработанная технология   Неспособность реальной проверки компланарности
Экономически эффективное решение   Не предоставляет данных по измерению объема
Высокая скорость инспекции   Выше вероятность пропусков дефектов
Возможность инспекции SMT- и THT-монтажа   Выше количество ложных срабатываний
Возможность инспекции галтели припоя выводов J-типа   -
Малая чувствительность к затенению   -
Возможность цветной инспекции   -
Возможность инспекции высоких компонентов   -
Высокая гибкость настройки   -

Как мы видим, несмотря на некоторые неотъемлемые ограничения технологии двухмерной инспекции, существует немало преимуществ, которые делают ее применение необходимым и обоснованным. Даже выполнение простой задачи - определять в двух измерениях тип, номинал и полярность компонента - требует обязательного использования алгоритмов двухмерной инспекции в системах АОИ.

Понятие технологии трехмерной инспекции

Технология трехмерной инспекции присутствует в электронной промышленности уже много лет, изначально она была предназначена для проверки качества нанесения паяльной пасты на печатных платах сразу после процесса трафаретной печати. Однако за последние годы трехмерная проверка стала применяться и для проверки компонентов с выводов типа «крыло чайки», корпусов BGA, а также множества других элементов для которых проверка компланарности является обязательной. Основной причиной, по которой производители электронных изделий все чаще и чаще обращаются к трехмерным технологиям, стала, разумеется, необходимость компенсации ограниченных возможностей стандартной двухмерной инспекции.

В системах автоматической оптической инспекции в основном применяются две принципиально разные методики трехмерного анализа. Первая – это лазерное измерение, вторая – это обработка изображений по принципу многочастотного «муарового» фазового сдвига. Метод лазерного измерения использует лазерную подсистему для сканирования высоты выводов типа «крыло чайки», а также обеспечивает трехмерное измерение компланарности корпусов BGA и других компонентов с возможными отклонениями по высоте.

Лазер надежно выявляет подобные дефекты, которые в силу ограниченных возможностей могут быть пропущены в ходе обычной двухмерной инспекции. К сожалению, данная методика также имеет некоторые ограничения, например, отсутствие возможности измерить объем указанной области или неспособность достоверного анализа качества паяного соединения.

Многочастотная интерференция является значительно более продвинутой технологией построения истинного изображения практически любого интересующего нас участка платы. При данной методике используется один или несколько проекторов для создания интерференционной картины необходимой области проверки.

Цифровая камера захватывает изображение в виде линий, искривленных по мере их распределения на анализируемой поверхности. Трехмерный профиль проверяемой поверхности может быть детально восстановлен для последующих необходимых измерений с помощью программного анализа фазового сдвига и применения фазовой развертки (рис. 1).

 

Следующим шагом в развитии данного метода является проецирование двух или более таких наборов линий разных частот на анализируемую поверхность для построения картины объектов разной высоты (см. рис. 2). В наиболее совершенных системах используются группы из четырех или более цифровых проекторов для получения точной картины профиля высоты, которая может быть использована для определения поднятых компонентов и их выводов, а также позволяет измерять объемы, например, припоя после его оплавления.

Если проекторы являются «программируемыми», это означает, что частота линий муарового рисунка может быть изменена с помощью ПО. Такая инспекция является наиболее гибкой. Системы же, использующие два «фиксированных» частотных рисунка, могут оказаться ограниченными в своем применении.

 

Для оценки работы технологии трехмерной инспекции ознакомимся с таблицей 2.

Таблица 2 – Описание преимуществ и недостатков трехмерной технологии инспекции:

Преимущества трехмерной технологии   Недостатки трехмерной технологии
Обеспечивает реальную проверку компланарности   Предлагается немногими производителями АОИ
Позволяет определять данные по объему   Не всегда подходит для инспекции маркировки компонентов
100% выявление поднятых компонентов и их выводов   Уменьшение скорости проверки
Значительное уменьшение числа ложных срабатываний   Ограничение по высоте компонента
-   Не подходит для инспекции галтели припоя выводов J-типа
-   Чувствительность к затенению

После обзора преимуществ и недостатков двухмерной и трехмерной технологии становится очевидно, что ни одна из этих технологий в отдельности не может полностью удовлетворить всем требованиям для проверки современных сложных электронных сборок. Для успешного и бескомпромиссного контроля качества система автоматической оптической инспекции должна обеспечивать возможность двухмерной и трехмерной проверок на одной платформе. Подводя итог, отметим основные требования, которым должна отвечать система автоматической оптической инспекции для получения максимально точных сведений о качестве выпускаемой продукции:

  • - современный аппаратно-программный комплекс, состоящий как минимум из пяти камер высокого разрешения, прецизионных телецентрических линз, а также многоуровневой системой подсветки, совмещенной с набором сложных программных алгоритмов для обеспечения качественной двухмерной оптической инспекции;

  • - трехмерную подсистему с применением лазерного измерения или метода многочастотной интерференции. Во втором случае, предпочтительно оснащение четырьмя или более проекторами для получения более точного и подробного трехмерного изображения, на основании которого система сможет определить нужные характеристики любого инспектируемого участка платы.

Конечным результатом является высокоточная система контроля качества, которая сочетает в себе преимущества двухмерной и трехмерной технологий, позволяющая определить наиболее сложные дефекты без каких-либо компромиссов. На рис. 3 показана система АОИ Mirtec MV-9, оснащенная центральной камерой с разрешением 15 мегапикселей с телецентрическими линзами, 4 боковыми камерами с разрешением 10 мегапикселей, системой многоуровневой подсветки и трехмерной подсистемой.

 

На рис. 4 представлены изображения чип-компонента, созданного при помощи 2-D / 3-D технологий, применяемых на установке АОИ Mirtec MV-9. Обратите внимание на исключительную детализацию и информативность полученного изображения, что позволяет сформировать полное представление о наличии или отсутствии дефекта чип-компонента.

 

В заключение отметим, что движение в сторону уплотнения и усложнения монтажа плат и миниатюризации электронных сборок не прекращается ни на минуту, с каждым днем усложняются производственные процессы. Для обеспечения контроля качества современных сборок на соответствующем уровне система автоматической оптической инспекции должна сочетать преимущества двухмерной и трехмерной технологий инспекции на одной платформе.

Комбинируя гибкость и скорость двухмерного контроля с превосходными возможностями измерения трехмерной технологии, система автоматической оптической проверки становится весьма эффективным инструментом, дающим производителям ясную картину процесса производства и, таким образом, помогает достичь более высокой эффективности работы и улучшить качество выпускаемой продукции.


Южнокорейская компания «Mirtec» является ведущим производителем автоматических оптических инспекций для производителей электронного оборудования. Компания выпускает передовые оптические системы инспекции, системы проверки качества нанесения паяльной пасты, а также системы проверки светодиодов.

Автор статьи: Brian D'Amico
president at MIRTEC Corporation
E-mail: bkdamico@sbcglobal.net

Автор статьи: Александр Кожев
инженер проектов ООО «ЛионТех»
E-mail: kozhev@liontech.ru

Дата публикации: 15.02.2013 12:37:11

Назад к списку публикаций