Предполагаемое время чтения: 9 минут
Современные печатные платы чрезвычайно сложны. Линии печатных плат (PCB) становятся все тоньше. Электронные детали значительно уменьшаются в размерах. Рабочие размещают поверхностные монтажные устройства (SMD) все ближе друг к другу. Это означает, что на платах находится много деталей. Контроль качества должен быть чрезвычайно точным.
Производственному цеху нужны новые методы.
Раньше люди проверяли платы визуально. Это называлось визуальным контролем. Однако мелкие линии невидимы для человеческого глаза. Незначительные дефекты замечаются не сразу. Этот устаревший метод оценки качества больше не эффективен. Он не соответствует высоким требованиям к качеству современной сборки SMT. Вероятность ошибок слишком велика. Процесс идет слишком медленно.
Отрасль нуждается в новом подходе. Этот новый метод должен быть быстрым и чрезвычайно точным. С этой целью появилась технология автоматического оптического контроля (AOI). AOI использует свет и камеры для оценки функциональности паяных соединений и проверки всего процесса сборки. Сегодня AOI широко используется многими компаниями. Кроме того, системы AOI становятся все более интеллектуальными. AOI стала ключевым методом оценки качества производственных линий SMT, помогая обеспечить правильную работу каждого продукта.
Как работают системы AOI: этапы и методы
Каждая система AOI следует простому набору процедур. Сначала система должна сделать снимок объекта. Для этого используются оптические компоненты. Она делает снимок области, которую необходимо проверить. Затем изображение захватывается компьютером. Данные изображения обрабатываются компьютером. Затем компьютер анализирует информацию. Он оценивает качество.
Компьютер AOI анализирует изображения с помощью двух основных методов. Эти методы: Метод сравнения данных автоматизированного проектирования (CAD) и метод проверки правил проектирования (DRC). Оба метода имеют решающее значение для работы системы.
A. Метод проверки правил проектирования (DRC)
Этот подход DRC использует базовую математику. Он использует уникальные алгоритмы. Эти алгоритмы обеспечивают достоверность шаблона. DRC предлагает множество преимуществ. Во-первых, установление правил довольно просто. Во-вторых, он очень быстро обрабатывает изображения. В-третьих, это небольшая компьютерная программа. Она не требует большого объема памяти для хранения данных. Сегодня подход DRC широко используется в большинстве систем AOI. Для общих проверок он прост и быстр.
Однако подход DRC имеет существенный недостаток. Он затрудняет определение точных границ. Необходимо точно определить край линии или площадки. Для правильного определения этих мест DRC требует дополнительных шагов. Для общего соответствия требованиям это предпочтительнее, чем точное измерение.
B. Метод сравнения данных CAD
Сравнение изображений — это принцип работы метода CAD-данных. Идеальное изображение хранится в памяти машины AOI. Файл проекта печатной платы (CAD-данные) является источником этого цифрового изображения. Машина делает снимок при проверке платы. Она сравнивает только что сделанный снимок с идеальным изображением, хранящимся в памяти. Сравнение выявляет любые различия между платами.
Этот подход может дать чрезвычайно точные результаты. Качество камеры определяет результат. Особую роль играют также особенности программы проверки. При правильном использовании эта техника отлично подходит для выявления мелких дефектов.
Но у этого подхода есть проблема. Камера снимает много изображений. Она собирает много информации. Все эти данные должны быстро обрабатываться компьютером. Для проверки в режиме реального времени требуется мощный компьютер. Из-за этого система более сложна, чем DRC. Однако во многих ситуациях метод CAD-данных дает лучшие результаты, чем DRC. Многие считают, что метод сравнения CAD-данных в целом дает больше преимуществ.
Полный охват контроля в процессе SMT-сборки
На протяжении всей сборочной линии технология AOI многократно проверяет плату. Она проверяет голую печатную плату. Она проверяет нанесение пасты. Проверяются компоненты. Она проверяет окончательные паяные соединения.
A. Исследование голой печатной платы
Проверка голой платы является первоначальным использованием. Перед размещением каких-либо деталей проводится эта проверка. Этот этап гарантирует, что плата находится в хорошем состоянии перед сборка тратится время. Для проверки голых печатных плат часто используется отдельный AOI-аппарат. На сборочной линии эта проверка не производится сразу.
При проверке голой печатной платы обнаруживается множество дефектов. Проверяется наличие разрывов цепи, которые указать разрыв строки. Он ищет царапины и дефекты линий. Он ищет крошечные отверстия в меди, называемые пинхолами. Проверяется интервал между линиями. Он определяет, не являются ли края линий неровными. Он ищет обширные дефекты. Это фундаментальный шаг для обеспечения качества.
B. Проверка паяльной пасты и компонентов
Проверка компонентов и паяльной пасты имеет решающее значение. Для этих проверок обычно используются машины AOI, которые взаимодействуют с другим оборудованием. Часто это мгновенные проверки. Они сразу же дают обратную связь.
После нанесения пасты на плату принтером выполняется проверка печати паяльной пасты. Принтер для нанесения пасты совместим с машиной AOI. Он измеряет толщину печати пасты. Край пасты выглядит точным. Окончательный паяное соединение будет плохой, если паста будет слишком высокой или слишком низкой. Система использует кольцевое освещение. Паста подвергается воздействию этого света под углом. Изображение захватывается камерой, расположенной в верхней центральной части. Такая конфигурация помогает измерить толщину и края пасты. Система принимает решения, наблюдая за тем, как форма пасты изменяет свет.
После того, как компоненты размещены на плате машиной для размещения, выполняется проверка размещения компонентов. Машина для размещения работает в сочетании с машиной AOI. Она определяет, не отсутствуют ли какие-либо детали. Она определяет, правильно ли расположены компоненты. Она определяет направление компонента. Для уверенности она также подсчитывает количество компонентов. Оператор немедленно получает уведомление от системы, если обнаруживается дефектная деталь. Затем оператор может заменить неисправный компонент. Это предотвращает усугубление ошибки в дальнейшем. Это позволяет избежать серьезных проблем в будущем.
C. Проверка окончательного паяного соединения
The готовый продукт проверяется. Эта проверка проводится после извлечения платы из паяльной печи. Системы AOI для паяных соединений используют камеры для получения трехмерного изображения паяного соединения. На изображении отображаются высота и форма паяного соединения. Компьютер обрабатывает эти данные. Для сравнения данных используется иллюстрация безупречного паяного соединения. Это сравнение позволяет четко определить, какой дефект имеется и где он находится.
Проверка паяных соединений охватывает множество аспектов. Проверяются изгибы контактов. Проверяется наличие компонентов. Проверяется правильность размещения компонентов. Проверяется окончательное качество паяных соединений. Эта последняя проверка является последней возможностью выявить и устранить любые оставшиеся дефекты.
Проблемы, с которыми сталкивается AOI, и технологии будущего
AOI — отличная технология. Однако на производстве все еще существуют проблемы, которые необходимо решить для повышения качества.
A. Высокий уровень ложных тревог
Основная проблема заключается в том, что AOI часто сообщает о наличии дефекта, которого на самом деле нет. Это называется ложным срабатыванием или ложным положительным результатом. Такое происходит довольно часто. Проблема заключается в освещении. Поверхности паяных соединений по-разному отражают свет. Машина может сбиться с толку из-за небольших различий в цвете компонентов или угле падения света. Согласно системе AOI, плата имеет дефект. Сотрудники должны прекратить работу. Им приходится визуально проверять каждый ложный сигнал. Это огромная трата времени. Это замедляет производство. Одной из основных целей новых систем AOI является уменьшение количества таких ложных срабатываний.
B. Слепые зоны и ограничения 2D
Еще одна проблема заключается в том, что AOI не может видеть все. AOI использует свет. Свет не может проходить через детали. У некоторых современных компонентов паяные соединения скрыты под корпусом. Это матрицы шариковых решеток (BGA) или Quad Flat No-leads (QFN). AOI не может проверить эти скрытые соединения. Для этих деталей завод должен использовать рентгеновский аппарат. Этот рентгеновский аппарат проверяет внутреннюю часть платы. Он работает с AOI. Ограничения 2D-систем AOI были значительными. Они не могли правильно проверять высоту или объем паяного соединения. Это привело к созданию 3D-AOI. 3D-AOI использует специальный свет для измерения высоты каждой детали. Он предоставляет реальные данные об объеме. Эти 3D-данные помогают проверять дефекты, которые 2D не мог увидеть, такие как слабый объем припоя или приподнятые контакты.
C. Проблема программирования
Настройка AOI для нового продукта требует большого объема работы. Каждый день появляются новые дизайны печатных плат. Каждая новая плата требует новой программы для системы AOI. Написание этих программ занимает много времени. Это сложный процесс. В результате запуск новых продуктов замедляется. Система должна быстро меняться. Она должна быстро адаптироваться к новой компоновке платы. Если программирование происходит слишком медленно, завод теряет время и деньги.
D. Применение ИИ в AOI
Искусственный интеллект (ИИ) — это будущее AOI. ИИ — это способность компьютерной системы к обучению. ИИ сейчас используется в новых машинах AOI. Для обучения алгоритмов ИИ используются многочисленные изображения дефектов. ИИ приобретает понимание того, что составляет хорошую деталь. Он также изучает внешний вид плохой детали. Цель состоит в том, чтобы научить ИИ игнорировать безобидные отклонения. Это применение ИИ значительно сократит количество ложных срабатываний. Это повысит надежность проверки. Новые детали будут проверяться системой быстрее.
Выводы
Высококачественные проверки будут становиться все более необходимыми. Размеры печатных плат будут уменьшаться. Они будут становиться все более сложными. Одним из важных инструментов для поддержания высокого качества является технология AOI. Она эволюционировала от базовой работы камеры до интеллектуальных систем искусственного интеллекта. Она решает проблемы, которые человеческий глаз не в состоянии решить. AOI необходима для обеспечения правильной работы каждого электронного продукта. Экономится время. Экономится деньги. Она улучшает процесс сборки в целом. Ключевым компонентом будущего интеллектуального производства является AOI.
