Apparecchiature di collaudo e controllo 3D dopo la stampa
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Questo documento discute brevemente il metodo di rilevamento utilizzato dopo la deposizione di pasta per saldatura e confronta la tecnologia di rilevamento bidimensionale con la tecnologia di rilevamento tridimensionale. I vantaggi della tecnologia di rilevamento tridimensionale e le prestazioni tecniche delle varie apparecchiature di collaudo sono introdotte principalmente attraverso il confronto. Parole chiave: ispezione tridimensionale; deposizione di paste saldanti; apparecchiature di ispezione per la stampa Con lo sviluppo più profondo dell'assemblaggio elettronico di una tecnologia ibrida PCB ad alta densità, di dimensioni più piccole e più complesse, l'uso dell'occhio nudo per rilevare la qualità dopo la stampa è diventata una storia. Nonostante le apparecchiature di processo più avanzate, è comunque importante controllare rigorosamente la qualità del PCB, poiché il 70% dei difetti nel processo di assemblaggio elettronico derivano dal processo di stampa a pasta saldante, specialmente quando si depositano componenti a passo fine. Inoltre, difetti quali segni mancanti, saldatura eccessiva o insufficiente durante la deposizione di pasta per saldatura possono causare ponti, cortocircuiti e distacchi in processi successivi (montaggio di componenti), con conseguente qualità e affidabilità del prodotto finale. Il sesso non è garantito A tal fine, le persone prestano sempre più attenzione all'ispezione della colla di saldatura dopo la stampa. Attualmente, i produttori di apparecchiature di ispezione per montaggio su superficie offrono diversi metodi di ispezione post-stampa e varie attrezzature per l'ispezione della deposizione di pasta di saldatura, da apparecchiature di ispezione manuali e off-line relativamente economiche ad apparecchiature di ispezione online di fascia alta e ad alta velocità di $ 100.000. . Scegli la tua catena di montaggio dopo aver compreso e valutato i vantaggi e gli svantaggi tra il confronto di attrezzature di ispezione 2D e attrezzature di ispezione 3D, attrezzature di ispezione off-line e attrezzature di ispezione online, ispezione dei campioni e ispezione generale della scheda. Apparecchiature per l'ispezione della pasta saldante
1 rilevamento aumenta i costi
Gli esperti del settore elettronico concordano sul fatto che i difetti di saldatura sono causati dalla scarsa stampa della pasta saldante. Pertanto, il miglioramento della qualità di stampa o la riduzione del numero di schede difettose che entrano nella fase successiva contribuiranno a migliorare la qualità finale ea ridurre i costi riducendo la quantità di riparazione e riducendo la percentuale di scarto.
1.1 Riconoscimento precoce dei difetti Dopo ampie statistiche sul costo della riparazione o della rottamazione delle schede difettose rilevate durante la fase di test online, è stato riscontrato che il controllo del processo di stampa porta molti vantaggi significativi alla stampa di paste saldanti. . Qualsiasi tipo di difetto consuma denaro e i test post-stampa possono solo aiutare a ridurre il numero di difetti e non eliminare completamente i difetti. Tuttavia, in effetti, prima che il costo della scheda sia aumentato, il collaudo nel processo per ottenere i difetti il prima possibile può effettivamente ridurre il costo aggiuntivo causato dai difetti e migliorare il tasso di ispezione una tantum alla linea di produzione di base. Grande effetto La pulizia della scheda per il riutilizzo è molto meno costosa della rilavorazione o del nuovo test. Il costo di riparazione dei difetti dopo la stampa è stimato in $ 0,45 e il costo per riparare gli stessi difetti dopo i test online è di circa $ 30. Indipendentemente dal prezzo in dollari, questa relazione rimane invariata. Pertanto, non è un problema trovare i difetti all'inizio del processo, ma una buona opportunità per risparmiare sui costi.
1.2 Migliorare l'affidabilità Il processo di ispezione aggiuntivo nel processo di stampa può migliorare l'affidabilità del circuito assemblato per due motivi. Innanzitutto, l'ispezione riduce la quantità di riparazione e inoltre, il giunto di saldatura dopo la riparazione è facile da danneggiare ed è più qualificato. I giunti di saldatura sono più suscettibili alle rotture. In secondo luogo, la quantità insufficiente di pasta saldante può anche formare un giunto di saldatura che può essere facilmente rotto. Sebbene possa essere testato online, si romperà più tardi. Le schede con entrambi questi problemi possono superare il test finale, ma possono facilmente fallire durante il funzionamento. Questi problemi nel prodotto finito possono rendere l'utente insoddisfatto o rendere la garanzia alta.
1.3 Ispezioni necessarie A causa della maggiore distanza tra i conduttori, delle sfere di saldatura della griglia di sfere più piccole e dei requisiti di gap di stampa più precisi, più produttori di assemblaggi di PCB hanno aggiunto processi di ispezione della pasta di saldatura al processo di assemblaggio. In alcuni stabilimenti di assemblaggio di contratti, le fasi di rilevamento vengono aggiunte in base ai requisiti dell'utente. Quando l'ispezione della pasta di saldatura deve essere eseguita secondo i requisiti tecnici, il passo successivo è determinare quale apparecchiatura di prova è più adatta per la particolare applicazione.
2 Selezionare l'attrezzatura di prova
L'attrezzatura per l'ispezione della pasta di saldatura può essere acquistata da diversi produttori. Ogni produttore offre apparecchiature di prova con diverse velocità, prestazioni e prezzi, ma i risultati di altezza, volume e area della pasta saldante sono riportati (Tabella 1). Esistono due tipi principali di apparecchiature di prova dopo la stampa: apparecchiature di collaudo offline manuali. , compresi strumenti di misurazione visiva e da banco; apparecchiature automatiche di ispezione in linea, compresi i sistemi di ispezione del campione integrati nella pressa e le apparecchiature monolitiche di ispezione a scansione di schede stampate.
2.1 Ispezione visiva Il metodo semplice di utilizzare l'ispezione visiva per un lungo periodo è sufficiente per determinare se un campione è "qualificato o non qualificato". Fino ad oggi, l'introduzione di dispositivi più piccoli, conteggi di lead più alti e componenti di pitch più sottili ha reso possibile questo approccio. Non applicabile. Utilizzare una lente d'ingrandimento illuminante o un microscopio calibrato per consentire all'operatore addestrato di ispezionare la scheda stampata del campione e determinare quando è necessaria un'azione correttiva. L'ispezione visiva è uno dei metodi di costo più basso nel monitoraggio del processo e il costo di correggere le fasi operative nel processo di stampa è il più ragionevole. Tuttavia, il metodo di ispezione visiva ha la coscienza soggettiva delle persone: i risultati del test tra l'operatore e l'operatore sono diversi. Lo strumento di ispezione visiva non è calibrato e non fornisce i dati necessari per il controllo del processo. Da un punto di vista pratico, con la crescente popolarità dei dispositivi a passo ultra fine e BGA, i metodi di ispezione visiva non vengono più utilizzati perché non è più un modo efficace per monitorare i processi di stampa.
2.2 Rilevamento laser artificiale Per ridurre i difetti, il passaggio successivo consiste nell'utilizzare una cabina desktop artificiale per ispezionare l'apparecchiatura. Questi strumenti di misurazione utilizzano la tecnologia laser senza contatto per misurare l'altezza e la registrazione della pasta saldante. Addestrando un po 'l'operatore, questi dispositivi di solito producono risultati coerenti senza risultati di test diversi a seconda dell'operatore.
Il dispositivo di ispezione tridimensionale laser utilizza un raggio laser per stabilire un punto di riferimento per la misurazione. Questo dispositivo riporta l'altezza di una singola pasta saldante misurata in un punto sul pad a cui è esposto il raggio laser, in genere il centro del pad. Questo tipo di tester può anche misurare la superficie moltiplicando la lunghezza del pad per la larghezza del pad. La misurazione del volume può quindi essere calcolata moltiplicando la misurazione dell'area per la misurazione dell'altezza. Il controllo di processo di base utilizzato dalle apparecchiature di ispezione off-line consiste nel rimuovere la scheda campioni dalla linea di produzione, eseguire misurazioni standard e registrare i risultati dell'ispezione. Le nuove apparecchiature di ispezione basate su PC memorizzano i dati e li forniscono all'SPC (Statistical Process Control) per l'analisi. Tuttavia, le apparecchiature di ispezione offline non sono in grado di rilevare i difetti immediatamente prima di stampare altre schede difettose.
2.3 Sistemi di ispezione automatizzati incorporati nella macchina da stampa Diversi produttori di macchine da stampa hanno introdotto sistemi di ispezione della saldatura a punti di saldatura 2D e 3D integrati o sistemi di ricerca guasti. Tuttavia, il sistema di ispezione integrato nella macchina da stampa condivide l'hardware con la macchina serigrafica e, poiché la macchina da stampa serigrafica deve essere rilevata in uno stato di pausa, la velocità di stampa viene ridotta. La maggior parte dei sistemi di ispezione integrati utilizza la tecnologia di visione fotografica per valutare l'area, la copertura e la calibrazione della pasta saldante. Oltre a rilevare l'impronta, la fotocamera può anche essere utilizzata per controllare lo schermo per vedere se l'apertura del modello è bloccata e la pasta saldante è troppo.
Alcuni produttori di stampanti hanno aggiunto alla stampante capacità di misurazione del volume combinando la misurazione dell'altezza del raggio laser con il sistema di visione in modo che l'area venga moltiplicata per una misurazione dell'altezza media del pad per calcolare il volume. Questo metodo è scarsamente ripetibile e talvolta può rilevare difetti del pad che possono verificarsi alla fine del pad, ma non riconosce l'irregolarità del saldatore di mattoni.
2.4 Apparecchiature di prova per campioni online 3D automatici Le apparecchiature per prove di campionamento online automatiche presentano due vantaggi principali rispetto al sistema di ispezione integrato. Innanzitutto, poiché il dispositivo è un sistema stand-alone, è possibile eseguire l'ispezione senza utilizzare l'hardware della macchina da stampa e senza arrestare la macchina. In secondo luogo, le prestazioni di misurazione dell'apparecchiatura di prova del campione consentono di ottenere misurazioni accurate e ripetibili.
L'apparecchiatura di ispezione in linea stampata non è in grado di misurare ogni pad su ciascuna scheda stampata. Per raccogliere i dati SPC, questo dispositivo utilizza tecniche statistiche efficaci per rilevare i problemi chiave nelle operazioni sul campo su molte schede. Uno studio condotto da un ingegnere di sviluppo del processo presso IBM ha dimostrato di essere più che adeguato per l'utilizzo di apparecchiature di ispezione del campione per i pad BGA. Tuttavia, esiste ancora la possibilità di difetti accidentali, infatti, il tasso di difetti è molto più basso rispetto all'ultimo tasso di difetto rilevato. L'apparecchiatura di prova campione comunemente utilizzata dopo la stampa è progettata in linea, montata su un nastro trasportatore, immediatamente dietro la macchina serigrafica, e rileva continuamente i campioni (di solito un piccolo spazio o BGA) che l'utente deve rilevare durante il processo di stampa . Il dispositivo di ispezione confronta la misura effettiva del cuscinetto con i parametri preimpostati e avvisa l'operatore quando la pasta saldante devia dalla gamma prestabilita.
L'attrezzatura per l'ispezione del campione è diversa dal banco laser e dall'apparecchiatura monolitica di scansione della scheda stampata, che utilizza un fotosensore dotato di un rilevatore per catturare in modo continuo una stampa rapida dell'impronta della lega per saldatura di destinazione. Questa immagine crea un aspetto ad alta risoluzione dell'area di ispezione. Il volume della pasta saldante può essere calcolato sommando dapprima tutti i dati dell'altezza e moltiplicandoli per l'area dell'immagine nota.
Le apparecchiature di prova del campione presentano numerosi vantaggi rispetto a un dispositivo monolitico di scansione della scheda stampata. Innanzitutto, può essere preimpostato e programmato in pochi minuti e l'intero dispositivo di scansione della lavagna stampata può richiedere diverse ore per essere preselezionato. Una volta installato, il personale addestrato può monitorare le apparecchiature di prova del campione senza competenze ingegneristiche. I dati raccolti vengono automaticamente visualizzati sul monitor per la visualizzazione da parte dell'operatore e memorizzati in un formato standard per ulteriori analisi. In secondo luogo, il numero di campioni da testare può essere regolato in base all'abbinamento tra la velocità di rilevamento e la velocità della linea, in modo che non impieghi troppo tempo nel rilevamento. Infine, la tecnologia della lampada configurata consente misurazioni accurate di posizioni difettose.
Lo svantaggio è che, poiché il dispositivo di rilevamento del campione non è in grado di rilevare ciascuna posizione su ciascuna scheda stampata, la possibilità di un rilevamento difettoso dei difetti è elevata. I difetti accidentali definiti non appaiono nella grafica regolare; quando si utilizza la tecnica di rilevamento del campione, c'è ancora la possibilità di un mancato rilevamento.
2.5 Apparecchiature di ispezione a bordo stampato monolitico automatico online Le attrezzature di ispezione a bordo monolitico stampato ad alta velocità sono le attrezzature più avanzate in questo campo, in grado di valutare ogni punto di ispezione su ogni tavola stampata. Questa apparecchiatura è costosa, ma è molto veloce e può rilevare l'intera scheda stampata che viene eseguita sulla linea di produzione.
L'apparecchiatura monolitica di ispezione della scheda stampata utilizza un raggio laser per scansionare una singola scheda stampata su una linea di produzione, raccoglie tutti i dati di misurazione per ciascun pad e confronta il valore misurato effettivo con il valore limite accettabile richiesto. Questo dispositivo è in grado di ispezionare una varietà di diversi tipi di impronte, compresi i difetti accidentali come lo sbavatura dei pad causati dall'ostruzione dell'apertura dello stencil. La scansione completa mostra anche l'impronta del modello di deposizione della pasta saldante, comprendente collasso, ammaccature e protuberanze da saldatura.
I principali vantaggi dell'equipaggiamento monolitico di ispezione della scheda stampata sono: la capacità di indicare effettivamente la posizione di ciascun difetto di stampa e la capacità di raccogliere dati reali di altezza, area e volume per ciascun pad sulla scheda. Per difetti potenzialmente costosi o costi unitari elevati, l'intero test della scheda stampata è più adatto. I circuiti stampati utilizzati in applicazioni automobilistiche, militari o aerospaziali devono soddisfare requisiti tecnici di elevata affidabilità e spesso richiedono un'ispezione al 100%.
2.6 Apparecchiatura di ispezione ottica automatica (AOI) L'apparecchiatura di ispezione ottica automatica è attualmente l'unica apparecchiatura in grado di rilevare la qualità della deposizione della pasta saldante in parallelo con la linea di assemblaggio. È in grado di rilevare oltre 100.000 componenti all'ora, il che significa che le apparecchiature AOI online possono rilevare il 100% dei punti di deposito sulla scheda. Questo dispositivo utilizza software di analisi delle immagini, componenti di misurazione, tecnologia di visione d'avanguardia per confermarne il valore e la polarità e per garantire la precisione del posizionamento. Viene applicata la programmazione di file CAD e Gerber standard. È stato applicato anche uno strumento software di controllo statistico del controllo (SPC) e un database è stato stabilito e collegato in rete con la stazione di rilavorazione. Ha molte funzioni simili all'apparecchiatura di ispezione PCB online monolitica. La sua caratteristica più notevole è la sua versatilità, che non solo è in grado di rilevare la qualità di stampa, ma anche la qualità di altri processi, come l'accuratezza della macchina di posizionamento.