Hoe wordt het AOI automatische optische inspectiesysteem toegepast in de productie van printplaten?

Hoe wordt het AOI automatische optische inspectiesysteem toegepast in de productie van printplaten?

Na bijna 112 jaar inspanningen is het automatische optische inspectiesysteem (AOI) eindelijk met succes toegepast op de productielijn voor printplaten (PCB). Gedurende deze periode is het aantal AOI-leveranciers sterk toegenomen en hebben verschillende AOI-technologieën ook aanzienlijke vooruitgang geboekt. Momenteel zijn veel leveranciers, van eenvoudige camerasystemen tot complexe 3D-röntgeninspectiesystemen, bijna in staat om AOI-apparatuur te leveren die kan worden toegepast op alle automatische productielijnen.

In de afgelopen tien jaar is de prestatie van soldeerpasta-printers en SMT-plaatsingsmachines verbeterd, wat de snelheid, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de productassemblage heeft verbeterd. De opbrengst van grote fabrikanten is daardoor verbeterd. Het toenemende aantal SMT-verpakte componenten dat door componentenfabrikanten wordt geleverd, heeft ook de ontwikkeling van automatisering in printplaatassemblagelijnen gestimuleerd. De automatische plaatsing van SMT-componenten kan vrijwel alle fouten elimineren die zich tijdens handmatige assemblage op de productielijn kunnen voordoen.

In de PCB-productie-industrie zijn de miniaturisering en denaturering van componenten altijd de ontwikkelingstrend geweest. Dit heeft fabrikanten ertoe aangezet AOI-apparatuur op hun productielijnen te installeren. Omdat het niet langer mogelijk is om betrouwbare en consistente detectie van dicht verdeelde componenten uit te voeren en nauwkeurige detectierecords bij te houden door te vertrouwen op handarbeid. AOI daarentegen kan herhaalde en precieze inspecties uitvoeren, en de opslag en vrijgave van inspectieresultaten kan ook worden gedigitaliseerd.

In veel gevallen kan de inspectie en aanpassing van de soldeerpasta-printer en het assemblageproces door procesingenieurs ervoor zorgen dat de soldeerpasta-verontreinigingsgraad (spatgraad) op de productielijn slechts enkele parts per million (ppm) bedraagt. Voor een productielijn met een hoge output/lage menging ligt de typische soldeerpasta-verontreinigingsgraad tussen de 20 parts per million en 150 parts per million. De praktijk heeft uitgewezen dat het moeilijk is om de verontreiniging van elk type soldeerpasta te detecteren door alleen maar monsters van printplaten te nemen en te testen. Alleen door 100% inspectie op alle printplaten uit te voeren, kan een grotere inspectiedekking worden gegarandeerd, waardoor statistische procescontrole (SPC) wordt bereikt.

In veel gevallen bestaan er slechts een zeer klein deel van specifieke soorten soldeerpasta-verontreiniging, en de generatie van deze soldeerpasta-verontreinigingen kan worden gekoppeld aan bepaalde specifieke productieapparatuur. In veel gevallen kunt u de aanwezigheid van een soldeerpasta-verontreiniging ook toeschrijven aan een specifiek apparaat. Voor sommige variabelen, zoals componentverschuiving (als gevolg van het zelfcorrigerende effect tijdens het reflow-proces), is het echter onmogelijk om terug te traceren naar een specifieke productiestap. Daarom is het noodzakelijk om 100% inspectie uit te voeren op elke productiestap op de productielijn om alle soldeerpasta-verontreiniging te detecteren. In werkelijkheid kunnen PCB-fabrikanten echter om economische redenen niet elke printplaat testen nadat elk proces is voltooid. Daarom moeten procesingenieurs en kwaliteitscontrolemanagers zorgvuldig overwegen hoe ze de beste balans kunnen vinden tussen investeringen in inspectie en de voordelen die worden geboden door een verhoogde productie.

Over het algemeen kunt u, zoals weergegeven in Figuur 1, AOI effectief toepassen na een van de vier productiestappen in een productielijn. De volgende paragrafen zullen respectievelijk de toepassing van AOI introduceren na vier verschillende productiestappen op de SMT PCB-productielijn. We kunnen AOI grofweg in twee categorieën verdelen: probleempreventie en probleemdetectie. In de volgende beschrijving kan de inspectie na soldeerpasta-printen, (surface mount) apparaatplaatsing en componentplaatsing worden geclassificeerd als probleempreventie, terwijl de laatste stap - inspectie na reflow-solderen - kan worden geclassificeerd als probleemdetectie, omdat inspectie in deze stap de aanwezigheid van defecten niet kan voorkomen.

◆ Na soldeerpasta-printen: In grote mate komt defect solderen voort uit defect soldeerpasta-printen. In dit stadium kunt u de soldeerdefecten op de PCB gemakkelijk en economisch verwijderen. De meeste 2D-detectiesystemen kunnen soldeerpasta-offset en -scheefstand, onvoldoende soldeerpasta-gebieden, evenals soldeerspatten en kortsluitingen bewaken. Het 3D-systeem kan ook de hoeveelheid soldeer meten.

Na de plaatsing van (chip) apparaten: De detectie in dit stadium kan ontbrekende componenten, verplaatsing, scheefstand van (chip) apparaten en directionele fouten van (chip) apparaten detecteren. Dit detectiesysteem kan ook de soldeerpasta controleren op de pads die worden gebruikt om componenten met een kleine pitch en ball grid array (BGA) te verbinden.
◆ Na componentmontage: Nadat de apparatuur componenten op de PCB heeft gemonteerd, kan het detectiesysteem ontbrekende, verschoven en scheve componenten op de PCB controleren en ook fouten in de componentpolariteit detecteren.

Na reflow-solderen: Aan het einde van de productielijn kan het detectiesysteem ontbrekende, verschoven en scheve componenten controleren, evenals defecten in alle polariteitsaspecten. Het systeem moet ook de correctheid van soldeerverbindingen controleren, evenals defecten zoals onvoldoende soldeerpasta, kortsluitingen tijdens het solderen en opgetilde pootjes.

Indien nodig kunt u ook de methoden voor optische tekenherkenning (OCR) en optische tekenverificatie (OCV) toevoegen voor detectie in stappen 2, 3 en 4.

De discussies van ingenieurs en fabrikanten over de voor- en nadelen van verschillende detectiemethoden zijn altijd eindeloos. In feite moeten de belangrijkste selectiecriteria zich richten op het type componenten en processen, het foutspectrum en de eisen voor productbetrouwbaarheid. Als veel BGA-, chip-scale packaging (CSP)- of flip-chip-componenten worden gebruikt, moet het detectiesysteem worden toegepast op de eerste en tweede stappen om de effectiviteit ervan te maximaliseren. Bovendien kan het uitvoeren van inspecties na de vierde fase defecten in low-end consumentenproducten effectief identificeren. Voor PCBS die worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, medische en veiligheidsproducten (auto-airbags), kan het vanwege de extreem strenge kwaliteitseisen nodig zijn om op veel plaatsen op de productielijn inspecties uit te voeren, vooral na de tweede en vierde stap. Voor dit type PCB kan röntgenstraling worden geselecteerd voor inspectie.

Als de AOI die op de productielijn wordt gebruikt, moet worden geëvalueerd, is het noodzakelijk om onderscheid te maken tussen systemen die alleen detectie kunnen uitvoeren en systemen die metingen kunnen uitvoeren.

Detectiesystemen die alleen naar defecten kunnen zoeken, zoals ontbrekende componenten en onjuiste plaatsing, kunnen geen tools bieden voor procescontrole, dus ze kunnen niet worden gebruikt om het productieproces van PCBS te verbeteren. Ingenieurs moeten het productieproces nog steeds handmatig aanpassen. Deze detectiesystemen zijn echter zowel snel als goedkoop.

Aan de andere kant kan het meetsysteem nauwkeurige gegevens leveren voor elke component, wat van groot belang is voor het meten van productieprocesparameters. Deze systemen zijn duurder dan detectiesystemen, maar wanneer u ze integreert met SPC-software, kan het meetsysteem de informatie leveren die nodig is om het productieproces te verbeteren.

Over het algemeen is het niet volledig voor mensen om de kwaliteit van een detectiesysteem te evalueren op basis van de nauwkeurigheid van de foutrapportage, dat wil zeggen de verhouding van echte fouten (nauwkeurige foutrapportage) tot valse alarmen (valse foutrapportage). Als een meetsysteem moet worden geëvalueerd, is het ook noodzakelijk om te vertrouwen op de beoordelingsresultaten van de nauwkeurigheid van het meetsysteem binnen een kleiner tolerantiebereik. Statistische procescontrole
Ten slotte, als u de gegevens van het AOI-systeem effectief wilt gebruiken om u te helpen het productieproces te beheersen, waardoor uw bedrijf een hogere output en grotere winsten kan behalen, moet u de volgende informatie beheersen:
Nauwkeurige meetgegevens
Reproduceerbare en herhaalbare metingen
◆ Dicht bij de meting van gebeurtenissen in tijd en ruimte
Evenals het real-time meetproces en alle informatie met betrekking tot het productieproces
Het installeren van een AOI-systeem tijdens het print- of montageproces kan u helpen andere procesvariabelen te elimineren die zich tijdens het productieproces hebben opgehoopt. Ervan uitgaande dat u meet of de componenten van positie zijn verschoven na reflow-solderen, kunnen de gegevens die u verzamelt de nauwkeurigheid van het montageproces niet weerspiegelen. U moet de resultaten zowel na montage als na reflow-solderen meten. Maar deze informatie is vrijwel nutteloos voor het controleren van de apparaatmontage. Gezien de trend van monitoringontwikkeling kan het installeren van een AOI-systeem in de buurt van het proces dat u moet bewaken, snel een parameter corrigeren die op het punt staat de volgende stap te betreden. Tegelijkertijd kan detectie op korte afstand ook het aantal niet-conforme PCBS verminderen vóór het detectieproces.
Hoewel de meeste AOI-gebruikers in de elektronica-industrie zich nog steeds alleen richten op inspectie na het solderen, vereist de toekomstige trend van miniaturisering van componenten en PCBS effectievere closed-loop procescontrole. AOI-systemen die effectieve detectie- en meetoplossingen kunnen bieden, zullen steeds meer gebruikers aantrekken, en ingenieurs zullen de investering in dergelijke systemen ook waardevoller vinden. Voor alle klanten zal AOI een belangrijke rol blijven spelen bij het verbeteren van productielijnen en het verhogen van de opbrengst van eindproducten.