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Le schede odierne sono estremamente complesse. Le linee dei circuiti stampati (PCB) stanno diventando sempre più sottili. I componenti elettronici stanno diventando notevolmente più piccoli. I dispositivi a montaggio superficiale (SMD) vengono posizionati più vicini tra loro dagli operatori. Ciò indica che sulle schede sono presenti molti componenti. Il controllo qualità deve essere estremamente preciso.
Il reparto produzione ha bisogno di nuovi metodi.
In passato, le persone controllavano i circuiti stampati con i propri occhi. Questo processo era denominato "ispezione visiva". Tuttavia, le linee sottili sono invisibili all'occhio umano. È difficile notare difetti minori. Questo metodo obsoleto di valutazione della qualità non è più efficace. Non soddisfa gli elevati requisiti di qualità dell'assemblaggio SMT contemporaneo. Gli errori sono troppo probabili. È troppo lento.
Il settore necessita di un nuovo approccio. Questo nuovo metodo deve essere veloce ed estremamente accurato. A tal fine, è stata sviluppata la tecnologia di ispezione ottica automatizzata (AOI). L'AOI utilizza la luce e le telecamere per valutare la funzionalità dei giunti saldati e ispezionare l'intero processo di assemblaggio. Oggi, l'AOI è ampiamente utilizzata da molte aziende. Inoltre, i sistemi AOI stanno diventando sempre più intelligenti. L'AOI è diventata un metodo fondamentale per valutare la qualità delle linee di produzione SMT, contribuendo a garantire il corretto funzionamento di ogni prodotto.
Come funzionano i sistemi AOI: fasi e metodi
Ogni sistema AOI segue una serie di procedure semplici. Il sistema deve prima scattare una foto del bersaglio. Per farlo, usa dei componenti ottici. Scatta una foto dell'area che deve controllare. L'immagine viene poi catturata dal computer. I dati dell'immagine vengono elaborati dal computer. Il computer poi esamina le informazioni. Valuta la qualità.
Il computer AOI analizza le immagini utilizzando due tecniche principali. Queste tecniche sono: Metodo di confronto dei dati CAD (Computer-Aided Design) e il metodo Design Rule Check (DRC). Entrambi sono fondamentali per il funzionamento del sistema.
A. Il metodo DRC (Design Rule Check)
Questo approccio DRC utilizza la matematica di base. Impiega algoritmi unici. La validità del modello è garantita da questi algoritmi. Il DRC offre molti vantaggi. Innanzitutto, stabilire le regole è piuttosto semplice. In secondo luogo, elabora le immagini molto rapidamente. In terzo luogo, è un piccolo programma per computer. Non richiede molta memoria per l'archiviazione dei dati. Oggi, l'approccio DRC è ampiamente utilizzato nella maggior parte dei sistemi AOI. Per i controlli generali, è facile e veloce.
Tuttavia, l'approccio DRC presenta un difetto significativo. Ha difficoltà a identificare i confini precisi. È necessario individuare con esattezza il bordo di una linea o di un pad. Per individuare correttamente questi punti, il DRC richiede passaggi aggiuntivi. Per una conformità generale, è preferibile una misurazione precisa.
B. Il metodo di confronto dei dati CAD
Il confronto delle immagini è il metodo utilizzato dai dati CAD. Un'immagine perfetta viene memorizzata nella memoria della macchina AOI. Il file di progettazione del PCB (dati CAD) è la fonte di questa immagine digitale. La macchina scatta una foto quando controlla una scheda. Confronta la foto appena scattata con l'immagine ideale memorizzata al suo interno. Il confronto rivela eventuali differenze tra le schede.
Questo approccio può fornire risultati estremamente accurati. La qualità della fotocamera determina il risultato. Anche le specifiche del programma di controllo hanno un ruolo importante. Se utilizzata correttamente, questa tecnica è eccellente per identificare piccoli difetti.
Ma questo approccio presenta un problema. La telecamera cattura molte immagini e raccoglie molte informazioni. Tutti questi dati devono essere elaborati rapidamente dal computer. Per il controllo in tempo reale è necessario un computer potente. Per questo motivo, il sistema è più complicato rispetto al DRC. Tuttavia, in molte situazioni, il metodo dei dati CAD produce risultati migliori rispetto al DRC. Molti ritengono che il metodo di confronto dei dati CAD offra in generale maggiori vantaggi.
Copertura completa dell'ispezione nell'assemblaggio SMT
Lungo tutta la linea di assemblaggio, la tecnologia AOI controlla la scheda numerose volte. Esamina il PCB nudo. Controlla la stampa della pasta. Esamina i componenti. Esamina i giunti di saldatura finali.
A. Esame dei PCB nudi
Il controllo della scheda nuda è l'uso iniziale. Questo controllo viene effettuato prima di posizionare qualsiasi componente. Questa fase garantisce che la scheda sia in buone condizioni prima di assemblea Il tempo viene impiegato. Spesso viene utilizzata una macchina AOI separata per l'ispezione dei PCB nudi. Sulla linea di assemblaggio, questo controllo non viene effettuato immediatamente.
Numerosi difetti vengono rilevati nei controlli dei PCB nudi. Il sistema ricerca i circuiti aperti, che indicare un'interruzione di riga. Cerca graffi e difetti delle linee. Cerca piccoli fori nel rame chiamati fori di spillo. Viene controllata la spaziatura delle linee. Determina se i bordi delle linee sono frastagliati. Cerca difetti estesi. Questo è un passaggio fondamentale per la qualità.
B. Controlli della pasta saldante e dei componenti
I controlli dei componenti e della pasta saldante sono fondamentali. Per questi controlli vengono solitamente utilizzate macchine AOI che interagiscono con altre apparecchiature. Spesso si tratta di controlli istantanei che forniscono un feedback immediato.
Dopo che la stampante ha applicato la pasta sulla scheda, viene eseguito un controllo della stampa della pasta saldante. La stampante per pasta è compatibile con la macchina AOI. Misura lo spessore della stampa della pasta. Il bordo della pasta sembra essere accurato. Il risultato finale giunto saldato sarà scadente se lo spessore della pasta è eccessivo o insufficiente. Il sistema utilizza una luce anulare. La pasta viene esposta a questa luce con un angolo. L'immagine viene catturata da una telecamera posizionata nella parte superiore centrale. Questa configurazione facilita la misurazione dello spessore e dei bordi della pasta. Osservando come la forma della pasta altera la luce, il sistema prende le decisioni.
Dopo che i componenti sono stati posizionati sulla scheda dalla macchina di posizionamento, viene eseguito un controllo del posizionamento dei componenti. La macchina di posizionamento è collegata alla macchina AOI. Determina se mancano dei pezzi. Determina se i componenti sono posizionati correttamente. Determina la direzione del componente. Per sicurezza, conta anche il numero di componenti. L'operatore viene immediatamente avvisato dal sistema se viene rilevato un pezzo difettoso. Il componente difettoso può quindi essere sostituito dall'operatore. Ciò impedisce che l'errore peggiori in seguito. Si evita così un problema grave in seguito.
C. Ispezione del giunto di saldatura finale
Il prodotto finito viene esaminato. Questo controllo viene effettuato dopo che la scheda è stata rimossa dal forno di saldatura. I sistemi AOI per giunti saldati utilizzano telecamere per acquisire un'immagine tridimensionale del giunto saldato. L'immagine mostra l'altezza e la forma della saldatura. Il computer elabora questi dati. Per confrontare i dati viene utilizzata un'illustrazione di un giunto saldato perfetto. Questo confronto chiarisce il tipo di difetto e la sua posizione.
I controlli dei giunti saldati coprono molti aspetti. Verificano la presenza di pin piegati. Ricercano componenti mancanti. Controllano il posizionamento corretto dei componenti. Esaminano la qualità finale dei giunti saldati. Quest'ultima ispezione rappresenta l'ultima opportunità per identificare e risolvere eventuali difetti residui.
Problemi affrontati dall'AOI e tecnologia futura
L'AOI è una tecnologia eccezionale. Tuttavia, presenta ancora alcuni problemi a livello di produzione. Questi problemi devono essere risolti per ottenere una qualità migliore.
A. Elevati tassi di falsi allarmi
Il problema principale è che l'AOI segnala spesso un difetto quando in realtà non ce n'è. Questo fenomeno è noto come falso allarme o falso positivo. Si tratta di un evento frequente. Il problema è la luce. Le superfici saldate riflettono la luce in modi diversi. La macchina può essere confusa da lievi variazioni nel colore dei componenti o nell'angolo di incidenza della luce. Secondo il sistema AOI, la scheda è difettosa. I dipendenti devono interrompere il loro lavoro. Devono ispezionare visivamente ogni falso allarme. Ciò comporta un enorme spreco di tempo e rallenta la produzione. Uno degli obiettivi principali dei nuovi sistemi AOI è quello di ridurre questi falsi allarmi.
B. Punti ciechi e limiti del 2D
Un altro problema è che l'AOI non è in grado di vedere ovunque. L'AOI utilizza la luce, che non è in grado di attraversare i componenti. Alcuni componenti moderni hanno giunti di saldatura nascosti sotto il corpo. Si tratta dei Ball Grid Array (BGA) o Quad Flat No-leads (QFN). L'AOI non è in grado di controllare questi giunti nascosti. Per questi componenti, la fabbrica deve utilizzare una macchina a raggi X. Questa macchina a raggi X controlla l'interno della scheda. Funziona con l'AOI. I limiti dei sistemi AOI 2D erano notevoli. Non erano in grado di controllare correttamente l'altezza o il volume del giunto di saldatura. Ciò ha portato alla creazione dell'AOI 3D. L'AOI 3D utilizza una luce speciale per misurare l'altezza di ogni componente. Fornisce dati reali sul volume. Questi dati 3D aiutano a controllare i difetti che il 2D non era in grado di vedere, come il volume di saldatura insufficiente o i pin sollevati.
C. La sfida della programmazione
Configurare l'AOI per un nuovo prodotto richiede molto lavoro. Ogni giorno vengono rilasciati nuovi progetti di PCB. Ogni nuova scheda richiede un nuovo programma per il sistema AOI. Scrivere questi programmi richiede molto tempo. È complicato. Di conseguenza, il lancio di nuovi prodotti subisce un rallentamento. Il sistema deve cambiare rapidamente. Deve acquisire rapidamente il nuovo layout della scheda. Se la programmazione è troppo lenta, la fabbrica perde tempo e denaro.
D. Applicazione dell'IA nell'AOI
L'intelligenza artificiale (AI) è il futuro dell'AOI. L'AI è la capacità di un sistema informatico di apprendere. L'AI è ora utilizzata nelle nuove macchine AOI. Numerose immagini di difetti vengono utilizzate per addestrare gli algoritmi di AI. L'AI acquisisce una comprensione di ciò che costituisce un componente buono. Impara anche l'aspetto di un componente difettoso. L'obiettivo è insegnare all'AI a ignorare le variazioni innocue. Questa applicazione dell'AI ridurrà significativamente il problema dei falsi positivi. Aumenterà l'affidabilità dell'ispezione. I nuovi pezzi saranno controllati più rapidamente dal sistema.
Conclusioni
I controlli di alta qualità diventeranno sempre più necessari. Le dimensioni dei circuiti stampati diminuiranno. Diventeranno sempre più complessi. Uno strumento importante per mantenere un'alta qualità è la tecnologia AOI. Si è evoluta dalle semplici telecamere ai sistemi intelligenti di intelligenza artificiale. Risolve problemi che l'occhio umano non è in grado di risolvere. Per garantire il corretto funzionamento di ogni prodotto elettronico, l'AOI è essenziale. Si risparmia tempo. Si risparmia denaro. Migliora il processo di assemblaggio nel suo complesso. Una componente chiave del futuro della produzione intelligente è l'AOI.
