Az automatikus optikai ellenőrzés növekvő szerepe az elektronikai technológiában Dr. Jakab László, Dr. Janóczki Mihály BME Szabó András Robert Bosch Elektronika Kft. MTA Elektronikus Eszközök és Technológiák Tudományos Bizottság ülése 2013. május 15.
BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY
A MINŐSÉG ÉS MEGBÍZHATÓSÁG Minőség: az adott termék milyen mértékben felel meg azoknak a funkcióknak, amelyeket a fogyasztó tudatosan elvár
Megbízhatóság: milyen hosszú ideig őrzi meg minőségét egy termék meghatározott üzemeltetési feltételek mellett.
FOLYAMATKÉPESSÉG – PPM Sigma szám
Hibák száma / millió darab
Hibátlan arány
Folyamatképesség
3
66 810
93,3 %
Cp = 1
4
6 210
99,4 %
Cp = 1,33
5
230
99,977 %
Cp = 1,67
6
3,4
99,9997 %
Cp = 2
MINŐSÉG BIZTOSÍTÁSA GYÁRTÁSBAN, TERMÉK KIBOCSÁTÁSA ELŐTT • Hibák detektálása • • • • • •
„manuális” optikai ellenőrzés AOI – automatikus optikai ellenőrzés AXI – automatikus röntgen ellenőrzés ICT – in-circuit test funkcionális tesztek szélsőséges hőmérséklettartományban végrehajtott tesztek
• SPC – statisztikai folyamatszabályozás • Módszerek, elvek: 6 sigma, 5S, Kaizen, Kanban, stb.
SPC ELVE
ELLENŐRZÉSI LEHETŐSÉGEK A GYÁRTÁSI FOLYAMATBAN elektromos, funkcionális hibák detektálása forrasztási hibák detektálása
kiszállítás
forrasztási hibák detektálása alkatrészek pozíciója, megléte, orientásciója, polaritása
hullám vagy szelektív forrasztás
3D paszta ellenőrzés
kézi beültetés, „manuális” vizuális ellenőrzés és / vagy
újraömlesztés
beültetés
stencil nyomtatás
forrás: SMT 2006 április
AOI – FELÉPÍTÉSE
AOI - KÉPFELDOLGOZÁS Reprezentáció mintavett értékekkel: Ha a képet képpontokra bontjuk, ez az x és y koordináták irányában tett mintavételezésnek felel meg. A képet reprezentáló pontokat egy mátrix elemeinek tekinthetjük:
Fi , j
0 x Nx
0 y Ny
ahol Nx és Ny a kép mérete pixelben. Ha az F fényesség bármely értéket felvehet 0 és Fmax között, akkor a képünk még a fényesség tengely mentén folytonos. Ha viszont véges számú érték valamelyikét veheti csak fel, akkor a kép fényességben kvantált.
AOI – VIZSGÁLATI ALGORITMUSOK
STENCILNYOMTATÁS UTÁNI ELLENŐRZÉS •
a nyomtatás pontossága stencil illesztés szempontjából (AOI) a felvitel ideális eltolódása 0 µm elfogadási határ: ±30…±80 µm
•
a felvitt paszta magassága (lézeres pasztamagasságmérő) a felvitt paszta ideális magassága megegyezik a stencilfólia vastagságával elfogadási határ: ±15%
•
a felvitt paszta térfogata (struktúrált fehérfényes vizsgálat) a felvitt paszta ideális térfogata megegyezik az apertúra térfogatával elfogadási határ: ±20%
ALKATRÉSZBEÜLTETÉS UTÁNI ELLENŐRZÉS •
az alkatrész x és y irányú melléhelyezése elfogadási határ: az alkatrész rövidebbik oldalának 25%-a,
•
az alkatrész szögelfordulása elfogadási határ: ±5°,
•
AOI vagy optikai mikroszkóp,
•
Abszolút mérés: a szerelőlemez négy sarkán kialakított referenciapontokhoz mérik, a pontosságot befolyásolja a mérőeszköz,
•
Relatív mérés: az alkatrész köré elhelyezett referenciapontokhoz mérnek, a pontosságot a nyákkészítés befolyásolja.
xofszet
dx1 dx2 2
y ofszet
dy1 dy 2 2 dx dx1 dx 2 dx arctan dy dy dy1 dy 2
ofszet arctan
A – OLDALSÓ ELCSÚSZÁS
Cél: nincs elcsúszás Elfogadható: Class 3: 25% Class 2: 50%
OLDALKÖTÉS HOSSZ
Cél: Nedvesítő forrasztás a kivezetés teljes hosszán Elfogadható: Class 1: D>W vagy 0,5mm Class 2,3: D>0,75L
HÁTSÓ MENISZKUSZ
Elfogadható: Class 1: Nedvesítő forrasztás Class 2: F>G+0,5T Class 3: F>G+T, De ne érjen hozzá a tokhoz!
GYÁRTÁS SORÁN KELETKEZŐ HIBÁK • • • • • • • • •
pasztanyomtatás hidegforrasztás nedvesítés intermetallikus kiválások sírkő forrasz felkúszás (wicking) hídképződés zárványosodás nyitott kötés
• • • • •
forraszgolyó forraszgyöngy alkatrész elfordulás ICT kontakt hiba folyasztószer maradványok kicsapódása • elektrokémiai migráció
ZÁRVÁNY – VOID
A forrasztás során felszabaduló gázok nem tudnak távozni a forraszból. Okozhatja folyasztószer maradvány és furatok belsejében a hordozóból kipárolgó gázok. A jelenség a kötések belsejében üregeket, a kötés felületén krátereket hoz létre.
HEAD IN PILLOW A forraszgolyó és a pad-en lévő forraszpaszta is megömlik, de nem alakul ki közöttük villamos és mechanikai kapcsolat.
SÍRKŐ - TOMBSTONE
Ez a jelenség kétpólusú alkatrészeknél jelentkezik, az egyik kivezető elválik a kontaktus felülettől, felemelkedik. A hiba a forrasztási folyamat beállításaiban és/vagy a hordozó tervezésében keresendő.
A 3DIMENZIÓS MODELL ,ahol g a gravitációs gyorsulás, ρ folyadék sűrűsége, z a magassági koordináta, γ folyadékkal érintkező közeg és a folyadék felszíne (A) között fellépő feszültség.
REFLEXIÓ -alkalmazott reflexiós modell: Cook-Torrance -előnye: fizikai modell, a felületi érdesség egzakt módon figyelembe vehető, felhasználja a fémek viselkedését elektromágneses sugárzás (fény) esetében Phong reflexió réz esetében Cook-Torrance reflexió réz esetében
Forrás: Robert L. Cook, Kenneth E. Torrance: A Reflectance Model for Computer Graphics, Computer Graphics, Volume 15, Number 3, August 1981
A MEGVILÁGÍTÁS SZIMULÁCIÓ ELRENDEZÉSEI (DIFFÚZ FÉLGÖMB ÉS KÖZVETLEN GYŰRŰ)
A KÉSZ GRAFIKUS MODELL
KÜLÖNBÖZŐ MEGVILÁGÍTÁSOKKAL AUTOMATIKUSAN SZINTETIZÁLT KÉPSOROZAT
DIFFÚZ MEGVILÁGÍTÁS
TESZTELÉS VALÓS KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT
Összefoglalás • Optikai vizsgálatok szerepe az elektronikai gyártásban meghatározó • Hibák megengedett aránya a ppm tartományba esik • Átcsúszás, hibás „kibocsátás” nem megengedett • Pseudo-hibák száma jellemzi a mérés megbízhatóságát • Eredményeket értünk el az optimális vizsgálati paraméterek meghatározásával
