Πώς εφαρμόζεται το σύστημα αυτόματης οπτικής επιθεώρησης AOI στην παραγωγή κυκλωμάτων εκτύπωσης

Πώς εφαρμόζεται το αυτόματο σύστημα οπτικής επιθεώρησης AOI στην παραγωγή τυπωμένων κυκλωμάτων

Μετά από σχεδόν 112 χρόνια προσπαθειών, το αυτόματο σύστημα οπτικής επιθεώρησης (AOI) εφαρμόστηκε επιτυχώς στη γραμμή παραγωγής τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB). Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο αριθμός των προμηθευτών AOI αυξήθηκε απότομα και διάφορες τεχνολογίες AOI σημείωσαν επίσης σημαντική πρόοδο. Επί του παρόντος, από απλά συστήματα κάμερας έως πολύπλοκα συστήματα επιθεώρησης 3-D X-ray, πολλοί προμηθευτές έχουν σχεδόν τη δυνατότητα να παρέχουν εξοπλισμό AOI που μπορεί να εφαρμοστεί σε όλες τις αυτόματες γραμμές παραγωγής.

Την τελευταία δεκαετία, η απόδοση των εκτυπωτών πάστας συγκόλλησης και των μηχανών τοποθέτησης SMT έχει βελτιωθεί, γεγονός που έχει ενισχύσει την ταχύτητα, την ακρίβεια και την αξιοπιστία της συναρμολόγησης προϊόντων. Ως εκ τούτου, έχει βελτιωθεί ο ρυθμός απόδοσης των μεγάλων κατασκευαστών. Ο αυξανόμενος αριθμός εξαρτημάτων συσκευασμένων SMT που παρέχονται από τους κατασκευαστές εξαρτημάτων έχει επίσης οδηγήσει στην ανάπτυξη αυτοματισμού στις γραμμές συναρμολόγησης τυπωμένων κυκλωμάτων. Η αυτόματη τοποθέτηση εξαρτημάτων SMT μπορεί σχεδόν να εξαλείψει πλήρως τα σφάλματα που μπορεί να προκύψουν κατά τη χειροκίνητη συναρμολόγηση στη γραμμή παραγωγής.

Στη βιομηχανία κατασκευής PCB, η μικρογραφία και η αποδομή των εξαρτημάτων ήταν πάντα η αναπτυξιακή τάση. Αυτό ώθησε τους κατασκευαστές να εγκαταστήσουν εξοπλισμό AOI στις γραμμές παραγωγής τους. Επειδή δεν είναι πλέον δυνατό να διεξαχθεί αξιόπιστη και συνεπής ανίχνευση πυκνά κατανεμημένων εξαρτημάτων και να διατηρηθούν ακριβή αρχεία ανίχνευσης βασιζόμενοι στη χειρωνακτική εργασία. Το AOI, από την άλλη πλευρά, μπορεί να διεξάγει επανειλημμένες και ακριβείς επιθεωρήσεις και η αποθήκευση και η απελευθέρωση των αποτελεσμάτων επιθεώρησης μπορεί επίσης να ψηφιοποιηθεί.

Σε πολλές περιπτώσεις, η επιθεώρηση και η ρύθμιση του εκτυπωτή πάστας συγκόλλησης και της διαδικασίας συναρμολόγησης από τους μηχανικούς διεργασιών μπορεί να διασφαλίσει ότι το ποσοστό μόλυνσης της πάστας συγκόλλησης (ποσοστό διασποράς) στη γραμμή παραγωγής είναι μόνο μερικά μέρη ανά εκατομμύριο (ppm). Για μια γραμμή παραγωγής υψηλής απόδοσης/χαμηλής ανάμειξης, το τυπικό ποσοστό μόλυνσης πάστας συγκόλλησης είναι μεταξύ 20 ppm και 150 ppm. Η πρακτική εμπειρία έχει δείξει ότι είναι δύσκολο να ανιχνευθεί η μόλυνση κάθε τύπου πάστας συγκόλλησης απλώς με δειγματοληψία και δοκιμή δειγμάτων τυπωμένων κυκλωμάτων. Μόνο με τη διεξαγωγή 100% επιθεώρησης σε όλες τις πλακέτες κυκλωμάτων μπορεί να διασφαλιστεί μεγαλύτερη κάλυψη επιθεώρησης, επιτυγχάνοντας έτσι τον στατιστικό έλεγχο διεργασιών (SPC).

Σε μεγάλο βαθμό, υπάρχει στην πραγματικότητα μόνο ένα πολύ μικρό τμήμα συγκεκριμένων τύπων μόλυνσης πάστας συγκόλλησης και η δημιουργία αυτών των ρύπων πάστας συγκόλλησης μπορεί να συνδεθεί με ορισμένο εξοπλισμό παραγωγής. Σε πολλές περιπτώσεις, μπορείτε επίσης να αποδώσετε την εμφάνιση μόλυνσης πάστας συγκόλλησης σε μια συγκεκριμένη συσκευή. Ωστόσο, για ορισμένες μεταβλητές, όπως η μετατόπιση εξαρτημάτων (λόγω του φαινομένου αυτοδιόρθωσης κατά τη διαδικασία επαναροής), είναι αδύνατο να εντοπιστεί ένα συγκεκριμένο βήμα παραγωγής. Επομένως, για να ανιχνευθεί όλη η μόλυνση της πάστας συγκόλλησης, είναι απαραίτητο να διεξαχθεί 100% επιθεώρηση σε κάθε βήμα παραγωγής στη γραμμή παραγωγής. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, λόγω οικονομικών παραγόντων, οι κατασκευαστές PCB δεν μπορούν να δοκιμάσουν κάθε πλακέτα κυκλώματος μετά την ολοκλήρωση κάθε διεργασίας. Επομένως, οι μηχανικοί διεργασιών και οι διαχειριστές ποιοτικού ελέγχου πρέπει να εξετάσουν προσεκτικά πώς να επιτύχουν την καλύτερη ισορροπία μεταξύ της επένδυσης στην επιθεώρηση και των οφελών που προκύπτουν από την αυξημένη παραγωγή.

Γενικά, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, μπορείτε να εφαρμόσετε αποτελεσματικά το AOI μετά από ένα από τα τέσσερα βήματα παραγωγής σε μια γραμμή παραγωγής. Οι ακόλουθες παράγραφοι θα παρουσιάσουν αντίστοιχα την εφαρμογή του AOI μετά από τέσσερα διαφορετικά βήματα παραγωγής στη γραμμή παραγωγής SMT PCB. Μπορούμε να χωρίσουμε χονδρικά το AOI σε δύο κατηγορίες: πρόληψη προβλημάτων και ανίχνευση προβλημάτων. Στην ακόλουθη περιγραφή, η επιθεώρηση μετά την εκτύπωση πάστας συγκόλλησης, την τοποθέτηση συσκευών (επιφανειακής τοποθέτησης) και την τοποθέτηση εξαρτημάτων μπορεί να ταξινομηθεί ως πρόληψη προβλημάτων, ενώ το τελευταίο βήμα - επιθεώρηση μετά τη συγκόλληση επαναροής - μπορεί να ταξινομηθεί ως ανίχνευση προβλημάτων, επειδή η επιθεώρηση σε αυτό το βήμα δεν μπορεί να αποτρέψει την εμφάνιση ελαττωμάτων.

♦ Μετά την εκτύπωση πάστας συγκόλλησης: Σε μεγάλο βαθμό, η ελαττωματική συγκόλληση προέρχεται από την ελαττωματική εκτύπωση πάστας συγκόλλησης. Σε αυτό το στάδιο, μπορείτε εύκολα και οικονομικά να αφαιρέσετε τα ελαττώματα συγκόλλησης στο PCB. Τα περισσότερα συστήματα ανίχνευσης 2-D μπορούν να παρακολουθούν τη μετατόπιση και την κλίση της πάστας συγκόλλησης, τις ανεπαρκείς περιοχές πάστας συγκόλλησης, καθώς και τις πιτσιλιές συγκόλλησης και τα βραχυκυκλώματα. Το σύστημα 3-D μπορεί επίσης να μετρήσει την ποσότητα της συγκόλλησης.

Μετά την τοποθέτηση συσκευών (τσιπ): Η ανίχνευση σε αυτό το στάδιο μπορεί να ανιχνεύσει εξαρτήματα που λείπουν, μετατόπιση, κλίση συσκευών (τσιπ) και σφάλματα κατεύθυνσης συσκευών (τσιπ). Αυτό το σύστημα ανίχνευσης μπορεί επίσης να ελέγξει την πάστα συγκόλλησης στα μαξιλαράκια που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση εξαρτημάτων στενής απόστασης και συστοιχίας μπάλας (BGA).
♦ Μετά την τοποθέτηση εξαρτημάτων: Αφού ο εξοπλισμός τοποθετήσει εξαρτήματα στο PCB, το σύστημα ανίχνευσης μπορεί να ελέγξει για εξαρτήματα που λείπουν, μετατοπίζονται και είναι κεκλιμένα στο PCB και επίσης να ανιχνεύσει σφάλματα στην πολικότητα των εξαρτημάτων.

Μετά τη συγκόλληση επαναροής: Στο τέλος της γραμμής παραγωγής, το σύστημα ανίχνευσης μπορεί να ελέγξει για εξαρτήματα που λείπουν, μετατοπίζονται και είναι κεκλιμένα, καθώς και ελαττώματα σε όλες τις πτυχές της πολικότητας. Το σύστημα πρέπει επίσης να ανιχνεύσει την ορθότητα των αρμών συγκόλλησης καθώς και ελαττώματα όπως ανεπαρκής πάστα συγκόλλησης, βραχυκυκλώματα κατά τη συγκόλληση και ανυψωμένα πόδια.

Εάν είναι απαραίτητο, μπορείτε επίσης να προσθέσετε τις μεθόδους οπτικής αναγνώρισης χαρακτήρων (OCR) και οπτικής επαλήθευσης χαρακτήρων (OCV) για ανίχνευση στα βήματα 2, 3 και 4.

Οι συζητήσεις μηχανικών και κατασκευαστών σχετικά με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα διαφορετικών μεθόδων ανίχνευσης είναι πάντα ατελείωτες. Στην πραγματικότητα, τα κύρια κριτήρια για την επιλογή θα πρέπει να επικεντρώνονται στον τύπο των εξαρτημάτων και των διεργασιών, στο φάσμα σφαλμάτων και στις απαιτήσεις για την αξιοπιστία του προϊόντος. Εάν χρησιμοποιούνται πολλά εξαρτήματα BGA, συσκευασίας κλίμακας τσιπ (CSP) ή flip-chip, το σύστημα ανίχνευσης πρέπει να εφαρμοστεί στα πρώτα και δεύτερα βήματα για να μεγιστοποιηθεί η αποτελεσματικότητά του. Επιπλέον, η διεξαγωγή επιθεωρήσεων μετά το τέταρτο στάδιο μπορεί να προσδιορίσει αποτελεσματικά ελαττώματα σε καταναλωτικά αγαθά χαμηλής ποιότητας. Για PCBS που χρησιμοποιούνται στην αεροδιαστημική, ιατρικά και προϊόντα ασφαλείας (αερόσακοι αυτοκινήτων), λόγω των εξαιρετικά αυστηρών απαιτήσεων ποιότητας, μπορεί να είναι απαραίτητο να διεξαχθούν επιθεωρήσεις σε πολλά σημεία στη γραμμή παραγωγής, ειδικά μετά τα δεύτερα και τέταρτα βήματα. Για αυτόν τον τύπο PCB, μπορούν να επιλεγούν ακτίνες Χ για επιθεώρηση.

Εάν πρόκειται να αξιολογηθεί το AOI που χρησιμοποιείται στη γραμμή παραγωγής, είναι απαραίτητο να διακρίνουμε μεταξύ συστημάτων που μπορούν να εκτελέσουν μόνο ανίχνευση και εκείνων που μπορούν να εκτελέσουν μέτρηση.

Τα συστήματα ανίχνευσης που μπορούν μόνο να αναζητήσουν ελαττώματα όπως εξαρτήματα που λείπουν και εσφαλμένη τοποθέτηση δεν μπορούν να παρέχουν εργαλεία για τον έλεγχο της διεργασίας, επομένως δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της διαδικασίας παραγωγής PCBS. Οι μηχανικοί πρέπει ακόμα να προσαρμόσουν τη διαδικασία παραγωγής χειροκίνητα. Ωστόσο, αυτά τα συστήματα ανίχνευσης είναι γρήγορα και φθηνά.

Από την άλλη πλευρά, το σύστημα μέτρησης μπορεί να παρέχει ακριβή δεδομένα για κάθε εξάρτημα, κάτι που έχει μεγάλη σημασία για τη μέτρηση των παραμέτρων της διαδικασίας παραγωγής. Αυτά τα συστήματα είναι πιο ακριβά από τα συστήματα ανίχνευσης, αλλά όταν τα ενσωματώσετε με λογισμικό SPC, το σύστημα μέτρησης μπορεί να παρέχει τις πληροφορίες που είναι απαραίτητες για τη βελτίωση της διαδικασίας παραγωγής.

Συνολικά, δεν είναι ολοκληρωμένο για τους ανθρώπους να αξιολογούν την ποιότητα ενός συστήματος ανίχνευσης μόνο με βάση το ποσοστό ακρίβειας της αναφοράς σφαλμάτων, δηλαδή την αναλογία πραγματικών σφαλμάτων (ακριβής αναφορά σφαλμάτων) προς ψευδείς συναγερμούς (ψευδής αναφορά σφαλμάτων). Εάν πρόκειται να αξιολογηθεί ένα σύστημα μέτρησης, είναι επίσης απαραίτητο να βασιστείτε στα αποτελέσματα της αξιολόγησης της ακρίβειας του συστήματος μέτρησης εντός ενός μικρότερου εύρους ανοχής. Στατιστικός έλεγχος διεργασιών
Τέλος, εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε αποτελεσματικά τα δεδομένα από το σύστημα AOI για να σας βοηθήσουν να ελέγξετε τη διαδικασία παραγωγής, επιτρέποντας έτσι στην εταιρεία σας να επιτύχει υψηλότερη απόδοση και μεγαλύτερα κέρδη, πρέπει να κατακτήσετε τις ακόλουθες πληροφορίες:
Ακριβή δεδομένα μέτρησης
Αναπαραγώγιμη και επαναλαμβανόμενη μέτρηση
♦ Κοντά στη μέτρηση των συμβάντων στον χρόνο και τον χώρο
Καθώς και η διαδικασία μέτρησης σε πραγματικό χρόνο και όλες οι πληροφορίες που σχετίζονται με τη διαδικασία παραγωγής
Η εγκατάσταση ενός συστήματος AOI κατά τη διάρκεια της εκτύπωσης ή της διαδικασίας τοποθέτησης μπορεί να σας βοηθήσει να εξαλείψετε άλλες μεταβλητές διεργασιών που συσσωρεύονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παραγωγής. Υποθέτοντας ότι μετράτε εάν τα εξαρτήματα έχουν μετατοπιστεί μετά τη συγκόλληση επαναροής, τα δεδομένα που συλλέγετε δεν μπορούν να αντικατοπτρίζουν την ακρίβεια της διαδικασίας τοποθέτησης. Θα πρέπει να μετρήσετε τα αποτελέσματα τόσο μετά την τοποθέτηση όσο και μετά τη συγκόλληση επαναροής. Αλλά αυτές οι πληροφορίες είναι σχεδόν άχρηστες για τον έλεγχο της τοποθέτησης της συσκευής. Δεδομένης της τάσης της παρακολούθησης της ανάπτυξης, η εγκατάσταση ενός συστήματος AOI κοντά στη διεργασία που πρέπει να παρακολουθείτε μπορεί να διορθώσει γρήγορα μια παράμετρο που πρόκειται να εισέλθει στο επόμενο βήμα. Ταυτόχρονα, η ανίχνευση κοντινής εμβέλειας μπορεί επίσης να μειώσει τον αριθμό των μη συμμορφούμενων PCBS πριν από τη διαδικασία ανίχνευσης.
Αν και οι περισσότεροι χρήστες AOI στη βιομηχανία ηλεκτρονικών εξακολουθούν να επικεντρώνονται μόνο στην επιθεώρηση μετά τη συγκόλληση, η μελλοντική τάση της μικρογραφίας των εξαρτημάτων και των PCBS θα απαιτήσει πιο αποτελεσματικό έλεγχο διεργασιών κλειστού βρόχου. Τα συστήματα AOI που μπορούν να παρέχουν αποτελεσματικές λύσεις ανίχνευσης και μέτρησης θα προσελκύσουν όλο και περισσότερους χρήστες και οι μηχανικοί θα θεωρήσουν επίσης ότι η επένδυση σε τέτοια συστήματα είναι πιο αξιόλογη. Για όλους τους πελάτες, το AOI θα συνεχίσει να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη βελτίωση των γραμμών παραγωγής προϊόντων και στην αύξηση της απόδοσης των τελικών προϊόντων.