Основы проектирования электронных средств Материалы к Экз ОПЭС-2014 РК-01-02 / Не для распространения Введение в технологию поверхностного монтажа

После этого контролируется полярность. В зависимости от типа метки полярности (скос, скошенный угол, углубление и т.д.) выбирается необходимый алгоритм поиска.

Рис. 11.8 Контроль полярности микросхемы

Если углубление присутствует, в пределах поля поиска будут найдены точки с повышенной яркостью. В противном случае будет выдано сообщение об ошибке.

Следующий этап – контроль паяных соединений: контролируется количество припоя и приподнятые выводы. Для определения количества припоя система использует три метода. Вывод считается дефектным, если хотя бы один из методов выдал отрицательный результат. На рис. 11.9 приводится результат теста по одному из методов. Область поиска включает в себя область у окончания выводов и вокруг выводов. Размеры поля поиска определяются автоматически в зависимости от размеров контактной площадки и найденного положения выводов. Если средняя яркость в пределах поля поиска больше заданного порогового значения, имеется дефект.

Рис. 11.9 Контроль количества припоя

Для контроля приподнятых выводов используется пять методов. Четыре из них настраиваемые, один обучаемый. Обучаемый метод работает следующим образом. Система использует базу данных примеров дефектных и бездефектных выводов (хороших и плохих примеров). На основе этих примеров при использовании различных классификаторов система определяет границы, отделяющие область дефектных от бездефектных выводов (рис.11.10). Получив результаты измерений характерных

231

признаков паяных соединений, система определяет, в какую область попадает данный вывод. База данных примеров может быть пополнена примерами пользователей.

Рис.11.10 Принцип работы классификатора

Затем контролируются короткие замыкания. Если яркость в поле поиска превышает заданное пороговое значение, определяется короткое замыкание (рис.11.11). Размер поля поиска можно изменять – уменьшать и увеличивать как в сторону корпуса, так и окончания контактных площадок.

Рис.12.11 Контроль коротких замыканий

В заключении может быть проконтролированы надписи на микросхемах. Контроль может быть осуществлен двумя способами – OCV (optical character verification) и OCR (optical character recognition). OCV представляет собой сравнение с предварительно сохраненным шаблоном. Данный способ может использоваться для распознавания, например, символов товарных знаков производителей микросхем. OCR представляет собой распознавание символов. Эта технология может использоваться для считывания надписей на микросхемах и резисторах.

232

Можно использовать различные комбинации вспышек для получения максимального контраста

Ожидаемая

надпись

Различные фильтры и настройки

Рис. 11.12 Пример распознавания символов с помощью технологии OCR

Как следует из вышеизложенного, для контроля паяных соединений системы фирмы Orbotech используют смешанную технологию, включающую как работу с порогами, так и интеллектуальные методы – классификаторы. Именно такой подход обеспечивает максимальную достоверность результатов тестирования.

11.5.Работа с ремонтной станцией

Впроцессе работы система АОИ обнаруживает предполагаемые дефекты и передает информацию о них на ремонтную станцию. Привязка обнаруженных дефектов к печатным узлам обычно осуществляется путем считывания как системой АОИ, так и оператором ремонтной станции штрих-кода, нанесенного на печатный узел. Ремонтная станция представляет собой отдельное рабочее место с компьютером с соответствующим программным обеспечением. На монитор выводятся полученные системой АОИ изображения каждого дефекта с различных ракурсов для помощи оператору в оценке решения инспекционной системы. Часто ремонтная станция оснащается лазерной указкой для точного указания места на плате, где система определила дефект. Оператор ремонтной станции, осматривая предполагаемые дефекты, обнаруженные системой АОИ, принимает окончательное решение, что это – реальный дефект, допустимая вариация процесса или ложное срабатывание. В зависимости от количества дефектов и сложности ремонта оператор может либо устранить дефект самостоятельно, либо маркировать место дефекта тем или иным образом, например, наклеив возле дефектного компонента яркую стрелку или точку, и передать печатный узел с дефектом ремонтнику. Как правило, работа оператора ремонтной станции ограничивается маркированием найденных дефектов. Если все печатные узлы по требованиям производства должны ремонтироваться на ремонтной станции, то в этом случае может быть задействовано несколько ремонтных станции, связанных по сети с системой АОИ.

233

Еще одна задача оператора ремонтной станции заключается в классификации предполагаемых системой АОИ дефектов. Нажимая на соответствующие клавиши клавиатуры, оператор либо подтверждает найденный дефект, либо отмечает его как допустимую вариацию процесса, либо констатирует ложное срабатывание. Допустимые вариации или индикаторы процесса представляют важную информацию для управления процессом. Специальное программное обеспечение, обрабатывая введенную оператором информацию, в режиме реального времени может сигнализировать о появлении негативного тренда. Например, появление большого количества допустимых дефектов, связанных с недостатком припоя в паяных соединениях, служит сигналом для добавления пасты в автомат трафаретной печати.

11.6. Показатели эффективности систем АОИ

Ложные срабатывания и пропуски дефектов – правда жизни при использовании систем АОИ. Ложное срабатывание – это обнаружение системой АОИ дефекта, когда на самом деле дефекта нет. Причин появления ложных срабатываний множество. Это и плохая отладка программы, нестабильный характер производства, нестандартный внешний вид паяных соединений. Не в последнюю очередь на количество ложных срабатываний влияет эффективность алгоритмов, лежащих в основе системы АОИ.

Существует несколько показателей для оценки эффективности работы системы АОИ. Самые важные из них – Detectability и First Pass Yield (FPY).

Detectability оценивает эффективность работы системы АОИ с точки зрения количества пропусков дефектов. Этот показатель можно рассчитать по следующей формуле.

Количество пропусков

Detectability = 100% – –––––––––––––––––––––––––––– * 100%

Общее количество дефектов

При этом дефекты считаются на уровне компонентов: три дефекта на одной плате – это три дефекта, а не один. Несколько дефектных выводов на одной микросхеме – один дефект.

Численное значение этого параметра зависит от уровня сложности печатных узлов

– ниже для ПУ высокой сложности и выше для простых ПУ. Однако в любом случае он не должен быть ниже 90%. Обычно значение этого параметра более 95%. Конечно, в процессе реального производства невозможно определить точное значение этого параметра. Его значение следует определять в процессе ввода системы в эксплуатацию.

FPY оценивает работу системы АОИ с точки зрения количества ложных срабатываний.

Количество плат без FA и реальных дефектов

FPY = ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– * 100% (Количество плат с FA – Количество плат с реальными дефектами)

Опять же численное значение этого показателя зависит от уровня сложности контролируемых ПУ. Помимо этого на численное значение этого показателя влияют и другие факторы:

∙Квалификация программиста. Программист должен досконально знать возможности системы АОИ. Для того чтобы проконтролировать нестандартные компоненты на печатном узле, требуются нестандартные подходы.

234

∙Стабильность производственного процесса. Под этим понимается отлаженность всех технологических операций, стабильность работы оборудования (периодическое техническое обслуживание, калибровка), использование свежей паяльной пасты, использование плат и компонентов с хорошей паяемостью, использование компонентов одного и того же производителя. Например, переход на использование аналогичных микросхем другого производителя может изменить маркировка полярности с углубления на скос. Система, ожидающая углубление, будет диагностировать ошибки полярности.

В случае нестабильного процесса система АОИ будет отражать этот факт повышенным количеством ложных дефектов. Система АОИ является частью производственного процесса и не может сделать нестабильный процесс стабильным.

∙Тип производства. Если на производстве изготавливается моноизделие, то в этом случае можно добиться значения FPY 90% и более. При многономенклатурном характере производства и небольших партиях, когда времени на отладку программы нет, многие производители мирятся с FPY порядка 30%.

∙Количество времени, которое можно инвестировать в отладку программы. Считается, что на создание тестовой программы тратится 30% общего времени, а оставшиеся 70% - на отладку программы. Работа с неотлаженной программой – путь

к повышенному количеству ложных срабатываний.

По опыту многих производств приемлемым значением FPY является величина в 50-60%.

11.7. Литература

1.Thomas Eskridge. Test & Inspection

2.Titus T. Suck. AOI (Automated Optical Inspection) and Repair Concepts: Adding Value and Optimizing SMT Line Performance. – Electronic Production, May/June 2002

3.Michael D. Early. Accurate, high speed automated optical inspection comes of age.

4.Автоматическая Оптическая Инспекция – спектр решений от OРБОТЕК. – Поверхностный монтаж, №1 (18), 2002

5.Экономичное решение для автоматической оптической инспекции электронных модулей на печатных платах. – Поверхностный монтаж, №5 (27), 2003

235

12. Приложение 1. Упаковки компонентов

12.1. Типы упаковок

12.1.1.Упаковка в ленту

236

12.1.2.Упаковка в пенал

12.1.3.Упаковка в матричный поддон

12.2. Чип-компоненты

12.2.1.Керамические чип-конденсаторы

Керамические чип-конденсаторы упаковываются в бумажную или пластиковую ленту и кассеты с россыпью. Размеры катушек 4, 7 и 13 дюймов

237

Бумажная лента

12.2.2.Танталовые конденсаторы

Танталовые конденсаторы упаковываются в ленту или кассеты с россыпью.

12.2.3.Алюминиевые конденсаторы

Алюминиевые конденсаторы упаковываются в ленту.

238

12.2.4.Чип-резисторы

Чип-резисторы упаковываются в ленту и кассеты с россыпью. Размеры катушек 4, 7 и 13 дюймов.

12.2.5.MELF-резисторы

MELF-резисторы упаковываются в ленту.

239

12.2.6.Чип-индуктивности

Индуктивность в литом корпусе

Многослойная

индуктивность

Чип-индуктивности упаковываются в ленту.

12.3. Дискретные полупроводниковые компоненты

12.3.1.Транзисторы в корпусах SOT

240