В последние годы среди производителей электронной продукции остро стоит проблема миниатюризации и повышения сложности, а также повышения качества выпускаемых изделий. Последнее обуславливается повышением требований при приемке продукции, конкурентной борьбой среди производителей и т.д. Если еще несколько лет назад, когда преобладал ручной монтаж, для повышения качества достаточно было внедрить на производство автоматический установщик или принтер, и это выводило производство на качественно новый уровень, то сейчас многие производства оснащены современными автоматическими линиями поверхностного монтажа, современными и многофункциональными.

Если несколько лет назад для ответа на вопрос об эффективности использования на производстве систем Автоматического оптического контроля логичны было слышать ответ «Нам достаточно визуального контроля, проводимого монтажницами, поскольку минимальный компонент на нашем производстве 1206», то сегодня при ответе на этот же вопрос производители электронной продукции уже оперируют следующими фактами: А как проконтролировать качественное нанесение пасты под компоненты BGA c  шагом выводов 0,5 мм и менее, диаметром 0,3 мм и менее? А под компоненты размерами 0,5 х 0,3 мм, 0,3 х 0,1 мм? Когда важно контролировать не только наличие паяльной пасты на контактной площадке и отсутствие перемычек, но и измерить высоту и объем столбика пасты. Ведь обнаружить и устранить дефект на стадии непосредственно нанесения паяльной пасты намного выгоднее и дешевле. А как быть с контролем собранных изделий? Если применяется очень плотный монтаж и размеры мультиплицированной заготовки довольно велики. Если установлены микросхемы в корпусе QFP с количеством выводов 300, 500, с шагом 0,4 мм, 0,3 мм?..

Конечно, можно решить эту задачу, организовав крупный участок визуального контроля, оборудовать все рабочие места стереомикроскопами. Но сколько это будет человек? Может достаточно 10? А может 20 и более? А успеют ли проверить всю партию, ведь сборочная линия довольно производительна? Приходится задумываться, сколько будет стоить оборудовать каждое рабочее место, сколько платить каждому работнику, занятому на этой операции. А возможно ли  будет обнаружить дефект пайки при миниатюрных компонентах и минимальном шаге выводов микросхем! Насколько сильно будут уставать глаза и сколько дефектов может быть пропущено!

Как же быть тогда тем производителям, кто имеет ограничения производственных площадей? В настоящее время для многих актуален и этот вопрос, т.к. аренда помещений требует немалых финансовых затрат. Тогда наиболее эффективным инструментом оптического контроля становятся системы автоматической оптической инспекции. При занимаемых малых площадях они способны быстро и качественно обеспечить 100% контроль всех собираемых изделий.

Теперь возникают уже другие вопросы. Какая это должна быть система, какими техническими характеристиками она должна обладать и, наконец, главный вопрос, какой именно системой оснастить производство в первую очередь, системой для контроля качества нанесения паяльной пасты или системой для контроля собранных печатных узлов. Конечно, в идеале инспекционная система должна присутствовать после каждой технологической операции (см. рис. 1) , но далеко не каждый производитель может позволить себе сразу три системы.

Как правило, изготовители электронных изделий в первую очередь стремятся внедрить систему, способную контролировать качество сборки изделия после автомата установки компонентов, либо после печи оплавления, контролирующую качество паяных соединений. Если изделие не сложное или средней сложности, то можно быть уверенным в качестве нанесения паяльной пасты и точности установки компонентов на установщике при хорошей настройке и отладке рабочих программ. Тогда данная система будет осуществлять 100% контроль качества паяных соединений. Но что делать, если резко увеличивается сложность изделий? Если при очень плотном монтаже, наряду с минимальными ЧИП-компонентами, появляются сложные компоненты BGA, CSP и т.д. и автомат трафаретной печати, раз за разом некачественно производит нанесение паяльной пасты? Ведь не секрет, что более 60% всех дефектов при сборке изделия обусловлены качеством нанесения паяльной пасты (см. рис. 2).  В этом случае необходимо применение системы АОИ качества нанесения паяльной пасты, позволяющей после первого этапа технологического цикла обнаружить возможный дефект и произвести необходимую корректировку рабочей программы автомата трафаретной печати.

Основные требования к системам АОИ качества нанесения паяльной пасты

Система АОИ качества нанесения паяльной пасты должна обеспечивать 100% контроль высоты, площади и объема столбика нанесенной паяльной пасты. При выпуске сложных изделий, с наличием на плате таких компонентов как BGA, µBGA, CSP и т.д., с большим количеством шариковых выводов, когда стоимость ремонта с каждой последующей технологической операцией дорожает в 10 раз (правило «десяти»), данная система должна быть способна обнаружить дефект на самой ранней стадии производства. Необходимо чтобы система обладала высоким разрешением по высоте, чтобы точно контролировать высоту и объем столбика пасты таких компонентов как 01005, CSP и т.п. Также важна способность системы работать в различных режимах. Например, для массовых производств простых изделий нужна высокая скорость инспекции, а для изделий с высокой плотностью монтажа важнее высокое разрешение. Следовательно, система должна быть приспособленной для любых задач. Обладать простым и удобным программным обеспечением для создания рабочих программ, простотой их отладки.

Новейшая система 3D инспекции качества нанесения паяльной пасты SE-300 Ultra (см. рис. 3) американской компании CyberOptics Corporation выводит системы инспекции на качественно новый уровень.  Сохраняя в себе качество и повторяемость результатов инспекции, новейшая система приобретает высокую скорость инспекции, удовлетворяющую требованиям крупносерийных и массовых производств. Встроенная система 3D сенсоров способна обеспечить разрешение по высоте столбика 0,125 мкм (см. рис. 4). SE-300 Ultra способна работать в необходимом вашему производству режиме, высокоскоростном или высокого разрешения, обеспечивая решение необходимых задач инспекции. Установка обладает максимально удобным пользовательским интерфейсом , что позволяет оператору легко определять дефекты и осуществлять переналадку на новый тип изделий.

Краткие технические характеристики системы SE-300 Ultra

Функциональные свойства
Скорость инспекции
Режим высокой скорости 19,4 см²/сек
Режим высокого разрешения 13,0 см²/сек
Загрузка и обнаружение реперных знаков 5 – 7 сек
Размеры пикселя по осям X и Y 
Режим высокой скорости 40 мкм
Режим высокого разрешения 20 мкм
Область обзора FOV 10 x 20 мм
Разрешение по высоте столбика 0,125 мкм
Максимальный прогиб платы <2% диагонали ПП или 6,35 мм
Инспекция качества нанесения паяльной пасты Высота, Площадь, Объем, Наличие, Обнаружение перемычек
Спецификация системы
Скорость конвейера 150 – 450 мм/сек
Лазерный дальномер (встроенный сенсор) 640 – 870 Нм, 1 мВт макс, Класс II
Минимальный размер ПП 101 х 35 мм
Максимальный размер ПП 508 х 508 мм
Максимальный вес ПП 1 кг
Толщина платы 0,5 – 5 мм
Высота компонентов с нижней стороны платы 25,4 мм
Область фиксации платы 2,5 мм сверху
  3 мм снизу
Максимальная область инспекции 508 х 503 мм
Область обзора FOV 5 х 10 мм

 

 Основные требования к системам АОИ паяных соединений

Система АОИ качества паяных соединений должна обладать обеспечивать 100% инспекцию печатных узлов при высокой скорости инспекции, чтобы не быть «слабым звеном» производительной сборочной линии поверхностного монтажа. Необходимо, чтобы она была оборудована нужным количеством цветных камер высокого разрешения для качественного распознавания образов миниатюрных и сложных компонентов, чтения маркировки компонентов (см. рис. 6).

Система должна отвечать не только сегодняшним требованиям, но и требованиям завтрашнего дня, т.е. быть готовой к инспекции компонентов 01005 и бессвинцовым технологиям, при использовании ее после автомата установки компонентов обеспечивать максимальную неподвижность печатного узла. Быть оснащенной специальным программным обеспечением, позволяющим быстро и просто создавать рабочие программы с использованием библиотеки компонентов и образов. Обладать эргономичным дизайном, удобным для технического обслуживания.

Всем этим требованиям отвечает система автоматической оптической инспекции качества паяных соединений и качества установки компонентов Flex Ultra (см. рис. 7) компании CyberOptics Corporation. Обладая самой высокой скоростью инспекции в своем классе, до 65 см²/сек, система Flex Ultra  способна инспектировать компоненты вплоть до 01005. Это осуществимо благодаря цветным камерам разрешением до 5,0 Мегапикселей. К примеру, для инспекции печатного узла сотового телефона с размерами 130 х 250 мм и количеством установленных компонентов 1000 штук, системе необходимо всего 20 секунд. Установка Flex Ultra также является очень гибкой и может быть сконфигурирована под определенные задачи производства. Система может предложена в требуемой конфигурации для использования до и после оплавления, иметь необходимый и достаточный набор камер определенного разрешения под конкретные требования печатного узла. Во время инспекции печатный узел перемещается без ускорений, а неподвижные камеры расположенные сверху, обеспечивают максимально точную и стабильную инспекцию. Создание новых программ требует минимального рабочего времени. В процессе работы библиотека образов может быть пополнена новыми изображениями, что позволяет оптимизировать каждую рабочую программу. Нужно отметить, что для нормальной и качественной работы системы Flex Ulta требуется минимальное количество печатных узлов (минимум 10), в то время как на других системах данного класса для работы необходимо пропустить через систему не менее 100 печатных узлов для отладки рабочей программы, а зачастую и до 1000 шт.

Идеология программирования системы Flex Ultra выгодно отличает ее от систем конкурентов, поскольку для создания рабочей программы Вам необходимо совершить на много меньше итераций настройки. (см. рис. 8)

Таким образом, систему автоматической оптической инспекции качества паяных соединений Flex Ultra можно применять не только на массовых производствах, но и на среднесерийных производствах сложных электронных изделий.

Заключение

Внедрение в производственную линию систем автоматического оптического контроля, таких как SE-300 Ultra и FlexUltra, позволяет значительно снизить уровень дефектности выпускаемой продукции. Данные системы отвечают всем требованиям современного производства и способны обеспечить необходимый уровень качества и в будущем. Не даром последняя разработка компании CyberOptics Corporation система АОИ печатных узлов Flex Ultra второй год подряд получают премию Global Technology Awards как лучшая система АОИ в мире.