Контроль качества пайки с помощью видеомикроскопа

Чтобы обеспечить надежность электронной продукции, производители используют различные методы контроля качества паяных соединений. Один из них – визуальный с применением обычного стереомикроскопа. Он позволяет хорошо рассмотреть каждый контакт компонента, установленного на плате, оценить его форму, цвет, наличие или отсутствие дефектов и т. д. Сегодня все чаще на производстве применяется более совершенная технология визуального контроля с помощью видеокамеры высокого разрешения и видеомонитора для вывода изображения. Об особенностях и преимуществах этого метода и пойдет речь в данной статье.

Почему возникает необходимость в видеомикроскопическом контроле качества пайки?

Традиционный визуальный контроль осуществляется человеком-оператором с помощью обычного стереомикроскопа. При всех преимуществах этого метода, таких как простота и доступная стоимость, у него есть несколько важных недостатков:

• Контроль качества полностью зависит от физиологического и психологического состояния оператора. Недостаточно хорошее зрение, усталость приводят к тому, что он начинает пропускать дефекты пайки, что снижает надежность конечной продукции.
• Большинство моделей стереомикроскопов позволяет изучать платы с припаянными к ним компонентами только в одном положении. Это приводит к высокой нагрузке на шею и позвоночник оператора, вынужденного сидеть в одной позе в течение длительного времени, и, как следствие, к высокой утомляемости и снижению качества работы.
• При использовании простого стереомикроскопа документировать результаты проверки оператор может только вручную. Это существенно замедляет контроль качества и снижает его эффективность.

Визуальная стереомикроскопия совершенствуется – например, сегодня используются бинокулярные оптические системы со встроенной светодиодной подсветкой, обеспечивающие более качественное и четкое изображение обследуемого объекта. Однако, эти усовершенствования не устраняют главных недостатков обычных стереомикроскопов, указанных выше.

Как устроен видеомикроскоп?

Для контроля качества паяных соединений в микроэлектронных изделиях используются электронно-оптические системы, состоящие из следующих элементов:

• цифровой видеокамеры высокого разрешения, снабженной одним мультифокальным или сменными объективами с фиксированным фокусным расстоянием
• штатива, на котором камера закрепляется с помощью шарнирного механизма, обеспечивающего ей несколько степеней свободы;
• опорной платформы, на которой устанавливается штатив и «плавающий» столик с электромагнитным тормозом, где размещается сама плата;
• видеомонитора, на котором выводится изображение платы с цифровой камеры;
• системы управления, контролирующей положение самой платы, а также параметров видеокамеры (степень освещения, фокусное расстояние и т. д.).

Принцип работы с видеомикроскопом практически не отличается от такового при использовании обычного стереомикроскопа. Оператор размещает исследуемую плату на рабочем столике под объективом видеокамеры. При обнаружении возможного дефекта он останавливает движение столика и с помощью джойстика настраивает зум камеры на исследуемую область, обеспечивая ее точное видеоизображение. Чтобы камера не сбивалась с объекта исследования, используется встроенная в камеру лазерная указка, луч которой направлен в точку фокусировки. 

Изображение с камеры можно выводить непосредственно на монитор или на компьютер, оснащенный видеокартой с функцией захвата FullHD-сигнала. Это позволит документировать результаты исследования печатной платы.

Также существуют мобильные (портативные) видеомикроскопы – их особенность заключается в отсутствии штатива и опорной платформы, а оператор может управлять камерой, держа ее непосредственно в руках. Это позволяет исследовать платы, установленные в электронном устройстве, не разбирая последнее. Чтобы исключить дрожание рук и обеспечить более стабильное положение камеры, такие микроскопы снабжены штоком, которым во время работы нужно упереться в любую свободную точку платы.

Возможности видеомикроскопов для контроля качества пайки

Помимо стандартного исследования платы на наличие возможных дефектов, современные видеомикроскопы для электронной промышленности позволяют выполнять следующие операции:

• Бесконтактное измерение с высокой (до 1,2 мкм) точностью. Для этого микроскоп необходимо предварительно откалибровать с помощью калибровочной линейки. Само измерение осуществляется специализированным программным обеспечением, поставляемым с оборудованием. С помощью цифрового видеомикроскопа можно определить расстояние между объектами, радиус окружности по 3 точкам, толщину лакового покрытия и т. д.
• Высокоточную пайку. С помощью видеомикроскопа оператор может выполнять ручную установку и пайку миниатюрных электронных компонентов. Такая возможность обеспечена тем, что штатив с камерой располагаются в стороне от рабочего стола, на котором размещается плата и не мешают манипуляциям с ней. А наличие видеомонитора, на который выводится изображение, позволяет оператору выполнять операцию в удобной для него позе.
• Контроль BGA-компонентов. Особенность таких электронных компонентов заключается в том, что контактные поверхности у них расположены на нижней стороне корпуса. Из-за этого их нельзя наблюдать сверху, как у обычных компонентов поверхностного монтажа. Для их контроля качества в видеомикроскопах предусмотрена специальная оптическая насадка бокового зрения. С ее помощью камера как бы «заглядывает» под корпус компонента. Для более четкого изображения контактных шариков позади компонента размещается светлый фон или используется оптоволоконная подсветка. Современные видеомикроскопы позволяют исследовать BGA- и GSP-компоненты, просвет между которыми и платой не превышает 0,15 мм, а свободное пространство вокруг – 1 мм.

Часто видеомикроскопический метод контроля качества пайки противопоставляют рентгеновскому. На практике, эти два способа не противоречат, а дополняют друг друга, так как позволяют исследовать разные характеристики объекта. Например, с помощью 3D-рентгенограммы можно получит точную форму паяного соединения, а видеомикроскоп позволит оценить его цвет и поверхность.