Az előadásvázlat Dr. Tóth Lajos jegyzete nyomán készült.
Tesztelés és diagnosztika
Előadó: Szabó Norbert mérnöktanár http://www.uni-miskolc.hu/~elkszabo/
Államvizsga tételek 1. Elektronikai gyártás során alkalmazott roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálati módszerek 2. Alkatrészekre és hordozókra vonatkozó vizsgálati módszerek 3. Szerelési műveletekre vonatkozó vizsgálati módszerek 4. SPI –Solder Paste Inspection – Paszta ellenőrző gépek 5. Automatikus optikai ellenőrzés (AOI) 6. Röntgenvizsgálatok 7. In Circuit Test az elektronikai gyártásban 8. Boundary Scan (B.S.) – Peremfigyeléses Teszt 9. Funkcionális Teszt 10. Elektrosztatikus kisülés hatásai, védekezés módszerei, eszközei, mérési módszerek
1. Tétel Elektronikai gyártás során alkalmazott roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálati módszerek Cél: - az alapanyag, félkész vagy késztermék illetve a gyártási folyamat egyes fázisai minőségének valamint a minőségét jellemző paraméterek meghatározása. - Éppen ezért a vizsgálatokat az idegenárú átvételtől a gyártás során több ponton, végtermék ellenőrzés során és rosszabb esetben a vevői reklamációk során el szokták végezni. Vizsgálatoknak két csoportja van: 1. Roncsolásmentes 2. Roncsolásos
Roncsolásmentes vizsgálat (NDT) (Non Destructive Testing) Lehetővé teszi az adott alkatrész vizsgálatát az alkatrész roncsolása nélkül. - ASNT – The American Society for Non-destructive Testing (Roncsolásmentes vizsgálatok Amerikai Szervezete hasonló mint Magyarországon az IPC) - Sok ilyen vizsgálat létezik (kb. 64), mindegyik valamilyen fizikai törvényen alapul és ennek megfelelően az ipar más-más területén alkalmazzák - a vizsgálatok alkalmasak az anyagok felületén és a belsejében található meghibásodások kimutatására (pl.: repedések, porózusság, zárványok felderítésére)
- A vizsgálatok kiértékelése függ a vizsgálatot végző személy felkészültségétől. -NDE – Nondestructive evaluation/ examination Roncsolásmentes kiértékelés - Nem csak a roncsolódás tényét és helyét állapítják meg, hanem annak mértékét is, számszerű adatokat adnak arról, hogy milyen a meghibásodás
Főbb vizsgálatok: Elektronikai iparban használatos vizsgálatok: a) Vizuális és optikai b) Folyadékpenetrációs /folyadékbehatolásos c) Ultrahangos vizsgálatok d) Neutron, gamma és röntgen-sugaras e) Villamos tesztmódszerek
Létezik még: - Akusztikus emisszió - Örvényáram vizsgálat - Mágneses részecskés - stb…
Roncsolásos vizsgálatok: Azok a módszerek, ahol az alapanyag tovább már nem használható fel A klasszikus roncsolásos vizsgálatok anyagtulajdonságokat vizsgálnak, mint pl.: keménység, szakítószilárdság (Ezek a vizsgálatok kevésbé használatosak az elektronikában) Főbb vizsgálatok: - anyagszerkezet vizsgálat - kémiai módszerek - vegyszereknek való ellenállás - mechanikai tesztmódszerek - villamos tesztmódszerek - környezeti hatások tesztmódszere
Roncsolásmentes vizsgálatok a) Vizuális és optikai vizsgálatok - szemrevételezéses vizsgálat - valamilyen más vizsgálat kiegészítő vizsgálataként alkalmazzák - a felületi eltérések kimutatására alkalmas módszer - a vizsgálatot végző személy értékelése döntően befolyásolja az értéket - az emberi szem felbontóképessége miatt 0,05-0,1 mm a határ amit fel tud ismerni, ez segédeszközökkel javítható (pl.: nagyító, tükör, boroszkóp) - nagyobb számú alkatrész vizsgálata esetén az automatizált vizsgálatokat kell előtérbe helyezni pl.: AOI – automatikus optikai berendezések SPI – Solder Paste Inspection
Felderíthető hibák: - repedések a felületen - forrasztási hibák - elégtelen pasztafelvitel - sírkő effektus - fordított polaritású alkatrész beültetés - stb…
Előnyei: - legolcsóbb módszer (szemrevételezés) - leggyorsabb Hátrányai: - csak a felületre kijutó hibák azonosíthatóak vele - kisméretű hibák detektálása korlátozott - reprodukálhatósági, dokumentálhatósági hiba (szemrevételezésnél)
b) Festék/folyadék penetrációs vizsgálatok - megkönnyíti a hibák feltárhatóságát, kimutatását - a legkisebb, amit ki lehet mutatni 5µm széles 10µm hosszú - a kis repedéseket is felnagyítja
Folyamata: a. Előkészítés: mechanikai és vegyi tisztítás és szárítás b. Jelzőfolyadék (piros) felvitele a felületre (ecsettel/szórással/öntéssel/mártással) bekerül a repedésekbe, minél kisebb a repedés szélessége annál mélyebbre jut le a festék valamint a festék viszkozitása/folyóssága a behatolási időt határozza meg. c. Festék eltávolítása: letörlik a felületről d. Előhívás: bekenik egy előhívó anyaggal, ami itatóspapírként viselkedik, kiszívja a repedésekből a festékanyagot, és láthatóvá teszi azt.
2 féle módszer: festékes (hagyományos), UV fény használata Előnyei: - nagy felületi hibák könnyen kimutathatóak - egyszerű eljárás Hátrányai: - időigényes - porózus szerkezetű anyagok nem vizsgálhatóak vele IPC szabvány szerint NYÁK alapanyagoknál, porózus szerkezetű anyagok vizsgálatánál használják (IPC – TM650)
c) Ultrahangos vizsgálat - az anyag azon tulajdonságát használják ki, hogy az alapanyag az ultrahanggal szemben más ellenállást képvisel - a határfelületeknél vagy visszaverődik, vagy elhajlik Kétfajta vizsgálat: - impulzus – visszaverődéses - átbocsátásos
A jel amplitúdója függ: - az anyagszerkezettől - a hibának a felszíntől való távolságától - a hiba alakjától, méretétől - akusztikus impedanciák különbségétől
Z = ρ ⋅v
ahol: Z – akusztikus impedancia ρ – anyagsűrűség v – UV terjedési sebessége az anyagban - UV frekvenciája 20kHz fölötti, de ennél a vizsgálatnál egészen 500MHz-ig terjedő hanghullámokat is alkalmaznak SAM – Scanning Acoustic Microscope
d) Radiográfia: (neutron, gamma és röntgensugaras vizsgálatok) - az elektronikai iparban a gamma és a röntgensugaras vizsgálatokat használják Neutronsugaras radiográfia: Előnyei: mind a nehéz, mind a könnyű rendszámú anyagokon áthatol, valamint ki tudja mutatni az alumínium µhuzal kötéseket, azaz olyan dolgokat lehet kimutatni, amit a másik két típussal nem. Röntgensugaras radiográfia: Vagy röntgensugár generátort alkalmaz, vagy radioaktív izotópot használ. Méretbeli vagy sűrűségbeli különbséget lehet vele vizsgálni. Gammasugaras radiográfia: Radioaktív izotópot használ, nem kell előállítani a gammasugarakat. Előnye: vastagabb anyagokat is lehet vele vizsgálni Hátránya: lassú technológia, rossz minőségű, kisebb kontraszt figyelhető meg a különböző anyagok között
e) Mágneses részecskevizsgálat - Ferromágneses anyagokat vizsgálnak vele - Kis repedéseket vizsgálnak - Acélipar, autóipar, repülőgép ipar használja főként
f) Örvényáramú vizsgálat - mágneses teret hoznak létre, az anyagban lévő roncsolódás pedig eltéríti ezt - szakadások vizsgálatára használható - az elektronikában nem használják - főleg a repüléstechnikában használatos
g) Akusztikus emisszió vizsgálat - ha az anyagban hiba van, repedés, úgy mutatják ki, hogy terhelik az anyagot, a terhelés hatására a hibáknál magas frekvenciájú hanghullámok keletkeznek, ezeket pieso érzékelőkkel érzékelik - elektronikában nem használatos - Nyomástartó edények, csővezetékek vizsgálatára alkalmazzák
Roncsolásos vizsgálati módszerek a) Anyagszerkezeti vagy fémtani vizsgálatok - optikai módszerrel, mikroszkóppal végzik (fénymikroszkóp/fémmikroszkóp) Mikroszkóp: 1.) Sztereo - 2 objektív + 2 okulár van benne - térbeli képet állít elő - tubusban van az okulár - 100x-os nagyításig használják, fölötte már romlana a mélységélesség 2.) Fénymikroszkóp a) Normál - tárgytartó alul van - összeroppantja a tárgyat 1000x-es nagyításig használják
b) Inverz - tárgytartó felül van - megemeli a tárgyat
a) Anyagvizsgálat menete: 1. Hibahelyről mintát vesznek (kivágnak egy darabot, vágógépet használva) 2. Mintát beágyazzák műgyantába (kezelhetőség érdekében a mikroszkópos vizsgálat alatt) két komponensű műgyanta, a beágyazás egy présgépben történik 3. Csiszolatot készítenek, polírozzák egyre finomabb csiszolóvászonnal (ez kézzel vagy géppel) hogy a vágás során keletkező karcokat eltüntessék A csiszolóvászonnak vízállónak kell lennie mivel ez a folyamat hűtést igényel. 4. Mikro maratás: ahhoz hogy a fém szövetszerkezete látható legyen, maratják az anyagot 5. Mikroszkópos vizsgálat Főképp a forrasztott kötések vizsgálatára alkalmazzák az elektronikában.
b) Éghetőségi vagy gyúlékonysági teszt - a hordozó (NYÁK) minősítésére végzik el - a próbaanyagot rögzítik vízszintes vagy függőleges helyzetben, majd a végén nyílt lánggal égetik - azt vizsgálják hogy a láng mennyi utat tesz meg időközben, elalszik-e, a leeső anyagok további tüzet okoznak-e, és ez alapján minősítik az anyagot
2. Tétel Alkatrészekre és hordozókra vonatkozó vizsgálati módszerek Tesztelési eljárások: - alkatrészekre - hordozókra - szerelés műveletére - működés ellenőrzésére
Alkatrész és hordozók vizsgálata: - idegenáru átvételkor vizsgálják a beérkező alkatrész darabszámát és különféle paramétereit mintavételes módszerrel - a vizsgálandó paraméterek vonatkozhatnak anyagminőségre, forraszthatóságra, villamos és nem villamos paraméterekre - passzív elemek esetén megmérik az alkatrészt, és megnézik hogy adott érték tűrésen belül van-e - a programozható eszközök esetén ez a vizsgálat nem végezhető el egyszerűen ezért ilyenkor hagyatkozni kell a beszállító nyilatkozatára - késztermék funkcionális tesztje során derül ki a hiba - tokozott alkatrészeknél optikai vagy akusztikus mikroszkópia segítségével deríthető fel a hiba - alkatrészlábak forraszthatóságát is vizsgálni lehet (IPC STD 002D – forraszthatósági teszt alkatrész lábakra szabvány)
PWB vizsgálati módszerek: (Printed Wiring Board), nyomtatott huzalozású lemezek Szabványok: - IPC – TM 650 – tesztmódszerek a nyomatott huzalozású lemezekre - UL 796 – NYÁK-ra vonatkozó tesztmódszerek - UL 794 – kiegészítés: éghetőségi vizsgálat - definiálnak roncsolásos és roncsolásmentes teszteket, vizuális-, mérési-, dimenzionális-, kémia-, mechanikai-, villamos-, környezeti hatások tesztmódszereit
Vizuális tesztmódszerek - Leírják hogyan vegyünk ki mintadarabot a hordozóból keresztmetszeti csiszolat készítéséhez kézi vagy gépi módszerekkel - Részletezik hogy kell kivenni anyagot festékoldatos módszerrel a rézfólia felületén - hogy kell fémezett furatok struktúráját kiértékelni - hogyan kell felületi vizsgálatot készíteni mikroszkóppal - leírja az üvegszál erősítés vastagságát meghatározását
Mérési--, dimenzionális tesztmódszerek Mérési - definiálja a hosszmérő eszközöket és az optika méretellenőrzés módját - leírja, hogy lehet keresztcsiszolat alapján furat vastagságot megmérni - hogy lehet a rézvastagságot súlyméréssel megadni
Kémiai tesztmódszerek -
Flexibilis hordozók és egyéb szigetelő anyagok kémiai ellenállásának ellenőrzése - Nyomtatott huzalozású lemezek éghetőségi vizsgálata itt van definiálva - Prepreg műgyanta tartalmának ellenőrzési módszerek leírását tartalmazza - arany és nikkel bevonatok porózusságának ellenőrzése
Mechanikai tesztmódszerek - tapadási vizsgálatok - szakítószilárdsági tesztek - hajlító – fárasztó vizsgálatok - forraszfürdővel szembeni ellenállás - megmunkálhatósági tesztmódszerek tesztje - tépő vizsgálat (réz tapadása a - delaminációs idővizsgálat hordozókra) - bomlási idők - nyíró feszültségek vizsgálata - hőtágulási együtthatók mérése - forraszthatósági tesztmódszerek
Villamos tesztmódszerek -
villamos ívvel szembeni ellenállás szigetelő anyagok kapacitása fémezett furatok áramterhelhetőségének vizsgálata szigetelőanyagok Dk és Df vizsgálata (ahol Dk – dielektromos tényező és Df – disszipációs tényező) - rézfólia ellenállásának mérése
Környezeti hatások tesztmódszerek - víz és páraelnyelési teszt - termikus sokk teszt - termikus feszültségek tesztje - flux maradványok korróziós tesztje
UL tesztmódszerek -
független minősítő szervezet jelölése USA a székhelye több mint 100 éve biztonsággal kapcsolatos tanúsítványokat, szabványokat ad ki világítástechnika, mobiltelefonok, műanyagok, kábelek elektromos és elektronikai termékekre vonatkoznak - bizonyos cégeknél a termékeken megkövetelik az UL jelölést, főként ez az USA-ba irányuló exportcikkekre vonatkozik
UL - Garantálja, hogy a cég által gyártott NYÁK-on a minimum vezető szélesség a NYÁK szélén és attól távolabb egy meghatározott érték - biztosítja, hogy a maximum forrasztási hőmérséklet a specifikációnak megfelelő - a PCB-re vonatkozó szabványok: - UL – 94 (Flame Rating – éghetőségre vonatkozik) - UL – 796 (Printed Wiring Boards) - UL – 94 mind merev, mind flexibilis NYÁK- okra előírja a teszteket: - termikus sokk - kötés erősség vizsgálat - delaminációs és hólyagosodási vizsgálat - szigetelőanyagok termikus ciklus vizsgálata - fémezés tapadási tesztje
UL - UL – 796 – Műanyagok éghetőségi tesztjét definiálja pl: az FR4-es hordozó önoltó tulajdonsága az UL – 94-es szabványban van definiálva éghetőség besorolás: UL94V-0 UL – 94 különböző fajta éghetőséget definiál (pl: V- vertical, VTM – vertical, HB – horizontal) - NYÁK-ra vonatkozóan csak a függőleges érdekel: V-0, V-1, V-2 lángot tartanak a hordozó alá 10mp-ig, utána eltávolítják a lángot, megvárják, hogy kialakuljon a láng, majd újra 10mp-ig égetik, megvárják, míg meggyullad, és közben mérik az időt - A mintadarab 5’’ hosszú, és 2x5db mintát használnak fel, és minden mintára megnézik, hogy meddig égett lánggal az első és a második meggyújtás után, meddig parázslott, az első parázs meggyújtotta-e az alatta lévő gyapjú anyagot és hogy leégett-e?
UL csoportok - Ez alapján a hordozót csoportba osztják: V-0 -ba akkor tartozik, ha az égés megállt 10mp után és a leeső darabok megengedhetőek, amíg nem gyúlékonyak V-1 –be akkor tartozik, ha az égés 30mp után állt meg és a leeső darabok szintén nem gyúlékonyak V-2 –be akkor tartozik, ha az égés megáll 30mp belül, a leeső darabok megengedhetőek
Classification
3. Tétel Szerelési műveletekre vonatkozó vizsgálati módszerek Gyártósor felépítése: - ezt meghatározza, hogy milyen a gyártmány - vannak SMT, THT és vegyes szerelésű módszerrel szerelt gyártmányok - ha tisztán THT, akkor alulról hullámforrasztással forrasztják be az alkatrészeket - ha SMT, akkor is két lehetőség van, 1 v 2 oldalas kivitelben készül • ha 1 oldalas: stencil nyomtatás, alkatrész beültetés, újraömlesztéses forrasztás • ha 2 oldalas: ragasztás is van, azaz a ragasztót fel kell vinni cseppadagolással, ki kell keményíteni
- vegyes esetben belép a hullámforrasztás is a ragasztás mellett, a technológiai folyamat során - más és más berendezéseket kell beilleszteni a gyártósorba (pl: SMT esetén nyers panel betöltőt) - a gyártósor moduláris felépítésű és az adott terméknek a lehető legjobb összeállítást rakják össze - lézeres jelölő berendezés - stencilnyomtató berendezés - SPI – Solder Paste Inspection (paszta vastagság ellenőrző) • egyfajta AOI (Automatizált Optikai Látás) • feladata: a nyomtatott paszta térfogatot ellenőrizni, hogy megfelelő-e - alkatrész beültető rendszerek: kicsi/nagy alkatrészeket ültetnek be - van lehetőség arra, hogy ezután AOI legyen, ami vizsgálja a polaritást, elfordulást, stb… - újraömlesztéses kemence: megtörténik az alkatrész rögzítése, ezután ismét be lehet iktatni egy AOI, AXI-t (Automatikus röntgen ellenőrző) - A gyártósor végén van az ICT (Áramkör teszt), MFT (funkció teszt) - röntgenes vizsgáló berendezés
- vannak olyan kis méretű meghibásodások, amit a gyártás maga kijavít, pl: kismértékben félrepozícionált alkatrész, ami reflow kemencében megfelelő pozícióba áll a felületi feszültség miatt - legideálisabb eset akkor minden egyes gyártási folyamat mellé le kellene rakni 1-1 tesztberendezést - ennek 2 korlátja van: drágák a tesztberendezések, valamint a tesztelési folyamat lelassítja a gyártást ez által a termelékenység rovására megy - a módszerek hatékonysága is fontos, bizonyos teszt módszerek fals hibákat is adhatnak, ami azt jelenti, hogy rossznak minősítenek egy jó forrasztást (AOI, AXI) - az is fontos, hogy melyik módszer milyen hibát tud kimutatni • forrasztással kapcsolatos hibák • nem forrasztással összefüggő hibák - BGA forrasztási hibákat csak a röntgen tudja kimutatni - a nem forrasztással összefüggő hibák: • hiányzó alkatrész • rossz polaritás • félrepozícionált alkatrész - nem forrasztással összefüggő hibák esetén az ICT és az MFT adhat jó megoldást
- a legmegbízhatóbbat az MFT adja, azaz megállapítja, hogy a termék jól működik-e vagy sem - a reflow elé kell tenni az AOI-t, ha a minőségtartás és a kevesebb rework a cél - fel kell térképezni a folyamatot és meg kell nézni a leggyakrabban előforduló hibát, a legköltségesebben előforduló hibát, illetve meg kell nézni azt a hibát, ami leginkább befolyásolja a termék megbízhatóságát, működését - ezek számbavétele után lehet eldönteni, hogy milyen berendezést alkalmazzunk, és hova helyezzük - a hullám vagy szelektív forrasztás okoz sok hibát (50%) és ezért az AOI, AXI sokkal előnyösebb utána, mint előtte - a hibák gyakoriságát az is befolyásolja, hogy a panelt kézzel töltik be, vagy automatikusan töltődik be - az alkalmazandó teszt módszert befolyásolja a gyártmány bonyolultsága és a sorozat nagysága - a bonyolultságot meghatározza: • az alkatrész száma • a beültetendő oldalak száma • forrasztott kötések száma
- kis bonyolultságú és kis darabszámú panelek esetén az MVI (szemrevételezés) alkalmasabb, ha növekszik a darabszám célszerű az AOI-t alkalmazni, ha növekszik a bonyolultság, akkor AXI-t használni, ha pedig nagyon bonyolult, akkor AOI + AXI javasolt - Az AXI lassítja a gyártást, ezért kis és közepes sorozatoknál AXI, közepes és nagy sorozatoknál AOI-t alkalmaznak
4. Tétel Solder Paste Inspection – Paszta ellenőrző gépek (SPI)
- Stencilnyomtatás utáni első lehetőség az a felvitt paszta minőségének vizsgálata - Optikai úton vizsgálják, pasztamérő gépekkel - Ezek a gépek fel tudják fedni és jelezni tudják a hibákat - Bizonyos publikációk szerint a forrasztási hibák 50-70%-ért más források szerint 8%- ért felel a nem megfelelő stencil nyomtatás - Ezért célszerű a szerelési folyamat elején kiszűrni ezeket a hibákat - Rossz pasztázás a panel letörésével, és újranyomtatásával javítható, ezzel szemben a beültetett panel csak rework-el javítható, ami lényegesen időigényesebb - Jól nyomtatott panelek határozott élei vannak, függőleges teteje majdnem teljesen sík
Stencilnyomtatási hibák: - hiányos pasztafelvitel - túl nagy mennyiségű paszta - pasztahíd képződés: összeér a paszta - kutyafül effektus: stencil elválasztási sebesség nem volt megfelelő - kráterképződés: kés élének tisztítása szükséges - elkenődött paszta - pasztahiány, amikor egyáltalán nem nyomtat (eltömődés) - paszta elcsúszása: 20%-ig nem jelent hibát, nem megfelelő alátámasztás
Az SPI berendezések arra jók, hogy a pasztázott paneleket kiszűrjék még a beültetés előtt SPI berendezések csoportosítása, attól függően, hogy: - gyártósorba illeszthetőek-e • OFFLINE: nincs gyártósorba illesztve, meghatározott elv szerint kivesznek egy darabot • INLINE: gyártósorba illeszthető, alkalmas akár minden egyes panel vizsgálatára - 2D vagy 3D berendezések - 2D: • alul egy panel és csak felülről néz le a panelra • megméri a paszta területét és pozícióját • felméri: túl kevés paszta, pasztahíd képződés, a pasztamennyiségét nem tudja megmondani - 3D • a térfogatát is megtudja mérni • paszták térbeli alakját méri • Ezek a berendezések állnak: fényforrásokból, lencsékből, CCD kamerákból
A 3D-s berendezések 2 fajta eljárást szoktak alkalmazni a paszta térfogat meghatározására: 1. Lézerscannelés (olcsó és gyors): érzékeny a fényvisszaverődés változásokra Hátrányok: érzékeny még az alkatrészsűrűség változásokból adódó árnyékolási hatásokra - A 3D-s lézerscannelés úgy történik, hogy van egy lézerdióda és az ez által kibocsátott sugárnak a foltja rávetül a céltárgyakra és az innen visszaverődő sugár vetül egy lencsén keresztül a CCD kamera szenzorára - Ezt az eljárást háromszögelésnek nevezzük
2. Moiré mintaelvű 3D-s térfogat meghatározás - Ez adja a legpontosabb mérési eredményt - Meghatározott mintát, vagy csíkokat vetítenek rá a szerelőlemezre, meghatározott szögben - A mintákat fokozatosan eltolják és fényképet készítenek róla a lefelé néző CCD kamerával, így a szürke árnyalatú sávok különbségéből számítja ki a paszta magasságát - Két sáv közötti távot felosztják 4 részre, mindig eltolják ¼-el (kb 10µm-el) - Meghatározható a paszta magassága, térfogata, elcsúszása, stb… - Árnyékolási problémák elkerülésére gyakran két irányból történik a megvilágítás - Nem érzékeny az alkatrész sűrűségbeli különbségekre vagy a hordozó deformációs hibáira - Az SPI-t össze szokták kapcsolni az SPC-vel (Static Progress Control) - Pasztamérőgép gyártók: • CYBEROPTIC • KOH YOUNG • TRI INNOVATIONS • SAKI SPI • VISCOM SPI • OMRON SPI
5. Tétel Automatikus optikai ellenőrzés (AOI)
- Az alkatrész beültetés utáni első ellenőrzési lehetőség az AOI - optikai úton képfeldolgozó algoritmusok segítségével megkeresik az alkatrész beültetés során bekövetkező hibalehetőségeket - cél: a beültetés során bekövetkező hibákat észrevenni, amelyek lehetnek: • hiányzó alkatrész • alkatrész elcsúszás • szöghiba • polaritás hiba • nem megfelelő alkatrész beültetése - az AOI felhasználható a forrasztás utáni hibák ellenőrzésére (PSI-post solder inspection) - feltárható hibák: • felmelegedő alkatrész • elfordult alkatrész • túl kevés forrasz • forrasz áthidalás • túl sok forrasz • forraszgolyók megjelenése • megemelkedett láb
AOI lehetséges elhelyezései
Solder Paste Inspection (SPI), Automatic Placement Inspection (API), Post-Soldering Inspection (PSI), Universal AOI (UAOI), Automatic Final Inspection (AFI) Forrasz paszta ellenőrzés (SPI), Automata elhelyezkedés ellenőrző (API), Forrasztás utáni ellenőrzés (PSI), Univerzális automatikus optikai ellenőrző (UAOI), Automatikus végellenőrző (AFI)
- Vannak kombinált berendezések (PSI és API-ra képesek) - Vannak univerzális berendezések (UAOI, SPI, API, PSI-t tudják) • Előnyei: gyorsaság, pontosság, hosszútávon olcsóbb az MVI-től, sokkal objektívebb eredményt ad
AOI-k korlátai - csak az optikailag látható meghibásodásokat tudja felfedni - beállítása viszonylag bonyolult, működése során előfordulnak fals hibák és átcsúszott hibák - ez a gyártósornak a szűk keresztmetszete: nem tud olyan gyorsan ellenőrizni, mint amilyen gyorsan gyártanak megoldás lehet: egymás mellé több AOI-t kell telepíteni, egymással párhuzamosan működnek (anyagi korlátai vannak) AOI rendszer lehet: • 2D • 3D • Inline • Offline Az AOI rendszer felépítése: 1. Képalkotási rendszer: tartalmazza az optikai fejegységet (szenzorok, optikai megvilágítás) 2. Mozgó alkatrészek: hajtások és tengelyek 3. Vezérlő és képfeldolgozó rendszer: számítógép, szoftver ill. mechanikai egységek vezérlésére hivatott PLC
Optikai fejegység • kamerák és megvilágítási rendszer együttese • kamerák CCD vagy CMOS kamerák (0,7-16 Mpixel felbontásúak) • a kamerák száma gépenként eltérő • a nézet lehet merőleges vagy valamilyen szög alatti (40-60° közötti) • fényforrásnak LED-es megvilágítást alkalmaznak, de lehet IV vagy UV is • ahhoz hogy 3D-s képeket kapjanak, RGB megvilágítást használnak • a megvilágításhoz LED gyűrűk vannak -8db- más szín és beesési szög • LED megvilágítás vezérlő vezérli az egészet • a kép amit kapnak vele, 8 bites szürkeárnyalatos kép • a megvilágítás lehet direkt és indirekt (direkt árnyékmentes kép)
Panelmozgató mechanizmus - Tárgyasztal • Asztal mozog, kamera áll • Kamera mozog, asztal áll - a szállítószalag, ami átmegy a berendezésen léptetőmotorok hajtják - a szállítószalag szélessége állítható (léptetőmotorral) - a szalagon található 2 db ütköző lemez, ami aktivizálódik akkor, amikor a panel betöltődik a gépbe - találhatók leszorítók –pneumatikus működésű elemek - van még benn egy X-Y asztal, erre van az optika felszerelve Rendszervezérlés - a számítógép és a vezérlőegységek együttese • PC tartalmazza a képfeldolgozó programot és az AOI rendszer működését irányítja; a kommunikációért felelős • kódolvasó: kommunikál a PC-vel - az X-Y mozgását is a PC vezérli,; PC-n keresztül bedugott kártyákon keresztül - a megvilágítást is a PC vezérli - a PC kommunikál az előtte és utána lévő gépekkel - szabvány a kommunikációra: SMEMA S(urface)M(ount)E(quipement) M(aunufacturers)A(ssociation)
PLC: - szállítószalagot vezérli - PC-vel kommunikál, az adja neki az utasítást, hogy hajtsa-e vagy sem Az AOI működése - Az AOI az upstream-nek a SMEMA-n keresztül ad egy ’not busy’-t, erre válaszként az előtte lévő gép egy ’board avaiable’ üzenetet küld - a PC a PLC-nek utasítást küld, ami elindítja a szállítószalagot - a panel betöltődik, nekimegy az ütközőlemezeknek - az alátámasztás és megfogás következik (leszorítók-pneumatikus működésűek) - attól függően, hogy van-e külön kódolvasó, vagy a panel kamerája olvassa be a jelet a panelről → betöltődik a panelre vonatkozó szoftver és a CAD adatok (placement file) - a kamera megkeresi az azonosító pontokat (fiducial) –legalább 2 kell- ez alapján újraszámolja a CAD adatokból vett koordinátákat - elvégzi a panel ellenőrzését; • ha nincs hiba, akkor a mágnes szelepek működésbe lépnek és a szállító szelepek leengedik a panelt • ha van hiba, akkor az operátor ellenőrizheti a panelt
- a géptetején van egy andon lámpa; a gép működési fázisait jelzi (zöldrendben; piros-megbukott); minden színnek jelentése és jelentősége van - az operátor vagy megnézi, hogy mi a probléma,vagy a berendezés javítóállomásra küldi a panelt - a hibára vonatkozó információkat is át tudja küldeni az AOI - ha nincs, hiba szállítószalag elindul, és a panel átmegy egy kimeneti érzékelőn - elkezd kommunikálni az utána lévő géppel (downstream), ha attól kap egy ’not busy’ jelzést, akkor ’board avaiable’ és ’good’ vagy ’bad’ jelzést ad - szét lehet válogatni a jó és a rossz paneleket Szerelőlemez azonosítása 1. Lézer scanner olvassa le a panelen lévő információt 2. AOI funkciója, hogy leolvassa az információt - ez alapján el tudja dönteni, hogy mit kell csinálni a panellel - Azonosítás: • vonalkóddal (a hozzárendelhető információmennyiség kevés) • mátrixkóddal
Optikai vizsgálat menete • az ipari kameralátótere korlátozott, ezért szeletekre/területekre bontja a panelt (field of view=f.o.v.) (30-40 mm2) • Útvonaltervezés megtervezi az útvonalat a field of view alapján • minden egyes f.o.v.-ra meghatározott színű és beesési szögű fénnyel világítja meg a zónát • képet készít • előre megírt algoritmus alapján ellenőrzi a panelt Az AOI hibakeresési eljárásai 1. Referencia alapú képfeldolgozás: referencia képeket hasonlít össze vizsgált db-ról készült képpel (golden board); egy jó panelről készítenek képet 2. Nem referencia alapú: nincs sablon, tervezési szabályokon alapul az összehasonlítás, nagyobb a hibalehetőség 3. Hibrid rendszer:az első kettő ötvözése; vektoros képalkotási eljárás
Javító-ellenőrző állomás • ide kerülnek a hibáspanelek • kapcsolatban áll az AOI-al • a hibákat az ott dolgozó operátor ellenőrzi, megvizsgálja a tényleges hibákat, bejelöli és a reworker kijavítja azokat • az AOI az SPC számára valós idejű és archivált adatokat tud szolgáltatni AOI gyártók: • VISCON • OMRON • SAKI • YUKI • VI-technology • AGILENT
6. Tétel Röntgenvizsgálatok • A röntgensugárzás is elektromágneses sugárzás, λ= 10-8 – 10-12 m között van • Az áthatolóképesség a λ-tól függ, minél kisebb, annál jobban áthatol • akkor keletkezik, amikor felgyorsított elektronokat ütköztetünk; az ütköztetés során az elektron mozgási energiája hővé és röntgensugárzássá alakul • kétféleképpen keletkezhet: 1. Fékezési sugárzás: (ha fékezzük az elektronokat): az elektront egy nagy tömegszámú atomnak ütköztetjük, hirtelen lelassul, és a mozgási energiából hő és röntgensugárzás keletkezik 2. Karakterisztikus sugárzás (atomok gerjesztésével történik): a felgyorsított elektronok nekiütközve az atomnak onnan kiüti a legalsó energiaszinten lévő elektronokat. A magasabb energiaszintről lejön egy alacsonyabb szintre az elektron, ekkor röntgensugárzás keletkezik
Izzókatódos röntgensugárcső (röntgen előállítására használják) • Működése: van egy fűtött katód, erre feszültséget kapcsolnak, az anód és a katód közé valamilyen gyorsító feszültséget kötnek, az elektronok pedig gyorsulnak. Ez a gyorsító feszültség. Több mint 1000V. Az elektronok beleütköznek az anódba (fékezési röntgensugárzás) és kisugárzódik a környezetbe ez az energia. • szabályozása a kisugárzott röntgennek: a fűtőáram nagyságának növelésével lehet szabályozni a sugárzás intenzitását • A kisugárzott sugárnyalábnak a fókuszát az anód dőlésszögével lehet változtatni • minél nagyobb a fűtőfeszültség, annál nagyobb az áthatolóképesség • az anód Wolfram- Rénium ötvözetből készül
Detektorok • a röntgenfelvétel készítés alapja, hogy az anyagok különbözőképpen engedik át a sugárzást • minél sűrűbb az anyag, annál jobban nyeli el a rtg. Sugárzást
• régebben filmre készítették a rtg. képeket, ma már digitális a képalkotás • a modern gépek síkpaneles detektort használnak (Flat Panel Detector) • A detektorok lehetnek: a) Direkt detektorok: a röntgensugárzást közvetlenül töltésekké alakítják. A detektoron van egy szelén réteg, ebbe csapódnak be a röntgen fotonok, a becsapódás következtében elektron lyuk párokat hoznak létre; található alatta egy kiolvasó (TFT), Thin Film Transistor, tehát "vékonyfilmes-tranzisztor„, amik töltésként halmozódnak fel. A kapott képet számítógéppel lehet feldolgozni. b) Indirekt detektorok: a röntgensugarakat fénnyé alakítják, majd a fényt detektálják (szcintillátorral lehet ezt megcsinálni)
2D-3D képalkotás 1. Detektor mozgatható 2. Céltárgy mozgatható • a nagyítást az határozza meg, hogy a detektor és a minta milyen távol van egymástól, ennek a kettőnek az aránya adja meg a nagyítás mértékét
• • • • • • • •
döntött képek is készíthetők a mintáról vannak gyártósorba illeszthető berendezések (inline) és nem gyártósorba illeszthető berendezések (offline) akkor alkalmazzák, amikor a sima optikai vizsgálattal már nem lehet eredményt kimutatni zárványokat lehet kimutatni a forrasztott kötésekben BGA forraszhíd képződést vizsgálhatók vele VIA-k (a via falán a fémezés hiányát nézik, a via kapcsolódik e a közbenső réteghez) nézhető vele a µ-huzalkötés
7. Tétel In Circuit Test az elektronikai gyártásban (ICT) Ez egy áramköri teszt, amelynek több fajta változata van: 1. Standard ITC (tűágyas teszter): nem csak egyszerű villamos paramétereket lehet vizsgálni, hanem analóg paramétereket - 3 elemből áll: PCB, Fixture és ICT tester
-a rendszer működését egy PC irányítja - az ICT-n belül találhatók relé kártyák, meghajtók (feszültség és áramgenerátor) és érzékelők (érzékelik a villamos mennyiségeket)
Működése: - a vizsgált áramkörön találhatók tesztpontok, és direkt ahhoz a panelhez készített tűágyakkal rászúrnak a tesztpontokra és villamos méréseket végeznek - minden egyes panelhez saját tűágy kell (hátránya az ICT-nek) - a tesztpontok nem kerülhetnek közel egymáshoz (a tervezés során figyelni kell erre) - DFx.: tervezési szabályoknál a programban (DFA, DFM, DFT) Az ICT lehet: 1. Analóg: passzív és aktív alkatrészek működőképességét,tűrését rövidzárát, vagy szakadását vizsgálják. Nem helyezik tápfeszültség alá a készüléket; az adott mérési pontok között mérnek, és ezekre kapcsolnak feszültséget. 2. Digitális: tápfeszültség alá helyezik a készüléket, és mérik a kimeneti jelszintet.
Befogók (Fixture) - ezek szolgálnak a mérendő kártyák befogására - jó mechanikai szilárdságúnak kell lennie a keretnek és jó villamos ellenállással kell rendelkeznie a kontaktusokhoz - a kontaktust epoxi-gyantába ágyazott mátrixalakban elhelyezett teszttűk biztosítják, ezek vezetékeken csatlakoznak a relé kártyákhoz - rögzítésére 3 féle módszer használatos: 1. Mechanikus: kézzel húzzák le a befogó tetejét 2. Vákuumos: vákuum szívóhatással 3. Pneumatikus: sűrített levegővel biztosítják a tartóerőt Teszttűk - a tű alakja lehet: • korona • lándzsa • véső • penge • konvex • konkáv • lapos - Fontos a pozícionálás, hogy a teszttű rendesen érintkezzen a panellel
- Teszttűk csoportosítása: • távolságuk alapján a befogóban • rugóerő alapján • gyártástechnológia alapján • anyaguk alapján - A rugóerőt úgy mérik, hogy 2/3-ig benyomott állapotban mennyire nyomja a panelt, és mérik a tesztpontot - léteznek olyan teszttűk, amelyek előterheltek - lényeges a teszttűk anyaga: lehet acél, berillium- réz ötvözet, nikkel, arany - aranynak az előnye az, hogy kicsi a kontaktellenállása - Nikkel esetén, kicsi-, közepes a kontaktellenállása - Tesztelés folyamata: 1. Kondenzátorok kisütése 2. Kontaktusok leellenőrzése 3. Rövidzárak, szakadások keresése 4. Analóg alkatrészek paramétereinek az ellenőrzése 5. Tápfeszültség csatlakoztatása (analóg teszt) 6. Digitális áramkör tesztelési lépései (ha erre az eszköz felkészült)
Előnyök: Hátrányok: - nagy termelékenység - minden panelhez egyedi tűágyat kell - gyors tesztelés nagyszámú készíteni alkatrészek esetén - magas költség - a hiba egyszerűen kimutatható - bizonyos raszterosztás már nem használható (SMD) - készterméket tud csak ellenőrizni - párhuzamosan kapcsolt alkatrészek csak akkor tesztelhetők, ha azok típusa megegyezik Guardolás: - azok az alkatrészek, amelyek nincsenek beültetve könnyen ellenőrizhetők - amik be vannak ültetve: az áramkör többi része is mérve lesz, és befolyásolják az alkatrészek paramétereit - az alkatrészek körüli csomópontokat azonos potenciálra kell hozni, így azok nem befolyásolják a vizsgált paraméter értéket
2. Flying Pro Test: (mozgótűs tesztelés): Sokkal rugalmasabb eljárás, viszont sokkal lassabb - bizonyos raszter osztás alatt az ITC nem alkalmazható - mozgótűk vannak, 4-8 mobilszondát alkalmaznak - a mérőtűket egy PC vezérli, valamilyen mechanika mozgatja őket a megfelelő pozícióba - többféle áramkörtesztelésére alkalmas - prototípusok, nagy lábsűrűségű alkatrészek tesztelésére alkalmasak Előny: - rugalmas - több termék tesztelésére alkalmas
Hátrány: - nagyobb a tesztelési idő - kisebb a termelékenység
3. MDA (Manufacturing Defect Analyser): - az ICT egyszerűbb verziója, - csak alapméréseket lehet vele elvégezni (ellenállás, kapacitás, szigetelésvizsgálat, szakadásvizsgálat, induktivitás, dióda, stb.) - vannak tesztállomások - konfigurálhatók - képesek ICT-re, ISP-re
8. Tétel Boundary Scan (B.S.) - Peremfigyeléses Teszt • JTAG (Joint Test Action Group) • IEEE (Institute of Electrical Electronics Engineer) • növekvő alkatrészláb sűrűség miatt az egyes lábak elérése korlátozottá vált • nincs tesztpont kivezetve • ICT teszt nem tudta követni a lábtávolság csökkenését • megoldást a JTAG csoport talált • IEEE 11491 jelzőszám alatt ún. Standard Test Access Port and Boundary Scan Architecture szabványt hoztak létre JTAG szabvány • olyan szabványt dolgoztak ki, hogy a nagy alkatrészláb sűrűségű integrált áramkör közötti villamos összeköttetések tesztelhetővé váljanak • az IC-k belső működését vizsgálják, és programozható eszközöket programozhatnak fel vele • cél, hogy a belső Si-lapka a tokozás és µhuzal közötti szakadást kimutassák • 3 főfunkciója van a B.S.-nek
• a szabvány 4 vezetékes soros interfészt definiál, amit egy 5. vezetékkel bővítettek. • Test Access Port (TAP) – ezek a vezetékek a TAP-hoz csatlakoznak • képes leválasztani a TAP kivezetéseit az IC lapjáról • a mag és a lábkivezetések közé peremfigyelő cellákat építenek • az információ a peremfigyelő cellákon keresztül jut az IC-be • ez a vezérlő a DSP-kben található • a TAP egy állapotgép, amelylehetővé teszi a peremfigyelést • a szabványnál 4 láb kötelező: - TDI (Test Data In): ezen keresztül jönnek be az IC-be az adatok az órajellel vezérelve az eszközbe - TDO (Test Data Out): ezen keresztül mennek ki az IC-ből az adatok az órajellel vezérelve - TCO (Test Clock): szinkronizálja az adatmozgást - TMS (Test Mode Select): állapotot választhatunk a TAP-ban - TRST (Test Reset) ez hozza alapállapotba a TAP-ot • Több ilyen eszköz vizsgálatához az eszközöket láncba kell kötni az egyik TDO-ja, az a másik TDI-je lesz, a TMS, TCK, TRST közös lesz • mindegyiknek saját azonosítója van (ID register) • minden JTAG kompatibilis eszköz tartalmaz TAP vezérlőt és belső regisztereket
• Belső regiszter lehet: - utasítás regiszter - adat regiszter: - Boundary Scan regiszter - Bypass regiszter (1 bites tároló) • A peremfigyelő celláknak több típusa van: BC_1, BC_2, ……., BC_10 • két alaptípusa van: 1. mintavételező cella (capture): mintavételezi az alkatrészlábon bejövő információt 2. univerzális cella: mintavételező és kimeneti cella - mintavételez • BC_1: → soros adatvonal, SI, SO: a cellák közötti összeköttetés megvalósítására készülnek → párhuzamos adatvonal: PI, PO: az összeköttetést biztosítják az alkatrészláb és a lapka között • Egy univerzális cellának 4 alapmódja van - normál: az adat változás nélkül jut el az alkatrészlábból a Si lapkába és vissza - update: az adatregiszterben tárolt adattal frissíti a kimeneti adatvonalat, ekkor írja ki az adatot a kimenetre - capture: PI tartalmát elmenti egy regiszterbe - serial shift: SO tartalmát átküldi a következő cella SI-jébe
• Az IO lábakhoz legalább 3 cella kell • Olyan lábhoz, aminek van nagy impedanciás állapota, ahhoz 2 cella kell • A TAP-et akkor aktiválják, ha B.S.-t hajtanak végre, vagy ISP van Utasítások • Három kötelező utasítások: 1. Ex Test (External Test) 2. Bypass 3. Sample per Preload • választható, vagy opcionális utasítások: a) In(ternal) Test: az eszköz belső működését teszteli b) ID Code: az ID regiszter tartalmát (21 bites regiszter) ki shifteli a TDO-ra c) Run Bist: az IC saját tesztjét futtatja le d) Clamp e) High Z
1. Ex(ternal) Test: - két eszköz közötti összeköttetést vizsgáljuk (szakadás, rövidzár, perifériasérülés) - az adatok írása a kimeneti lábakra és a bemeneti lábak mintavételezése - a TDI-n keresztül a shift regiszterbe bejönnek az adatok (sorosan feltöltjük adattal), ezzel az adattal meghajtható egy kimeneti láb, és ezzel a lábbal villamosan összekötött másik lábon meg kell hogy jelenjen az adat - a 2. IC-n mintavételezem ezt a lábat, és ha visszakapom az 1-et, akkor jó az összeköttetés - különböző bitkombinációkat küldök ki és ezekből kikövetkeztethető, ha hiba van 2. Bypass - lerövidítjük vele a JTAG láncot és a soros adat átmegy az eszközön anélkül, hogy befolyásolnánk annak a működését - 1 bites regiszter, kapcsoló
3. Sample per Preload - betölti az adatot a B.S. regiszterbe, utána hajtja végre az Ex Test utasítást - mintavételezi a láb állapotát, utána kiadja az utasítást • a JTAG szabvány analóg tesztet is definiál: •IEEE 1149.4 - analóg és kevert módú jelteszt - differenciális és AC csatolt jeltesztet is definiál • analóg teszt esetében a TAP mellett még analóg tesztbuszok is vannak (AT_1, AT_2)- csatlakozik az analóg lábakhoz es az analóg áramköri részekhez; úgy működik, mint a digitális, csak analóg dolgokat vizsgál BSDL –B(oundary) S(can) D(escription) L(anguage) • VHDL-re épült formátum • leírja, hogyan van megvalósítva a B.S. az adott eszközön • BSD kiterjesztésű fájl, a gyártó biztosítja a BSDL fájlt • azt írja le, hogy milyen utasítások vannak definiálva, és hogy azoknak mi az OP kódja • ez adja meg, hogy milyen peremfigyelő cellák vannak, és azok melyik lábakhoz vannak hozzárendelve
HDSL –H(ihgh-bit-rate) D(igital) S(ubscriber) L(ine) • a BDSL kiegészítve • azt mondja meg, hogy panel vagy rendszerszinten van-e megvalósítva a teszt • tesztprogram: egy program, ami a BDSL fájl alapján vezérelni tudja a B.S. Controllert (JTAG vezérlő) • B.S. Controller: csatlakozik a PC-hez, amin a teszt fut, és csatlakozik a kártyához, amin a JTAG fut - szintaxis ellenőrzést hajt végre a BSDL fájlon - tesztvektorokat lehet vele legenerálni - végre lehet hajtani vele a tesztet - feltárja a hibát és dokumentál Feltárható hibák a Boundary Scannel: • szakadás • hiányzó vagy rosszul beültetett alkatrész • rossz forrasztott kötés • alkatrészhiba
9. Tétel Funkcionális Teszt • Összeszerelt áramköri egység működésének ellenőrzése • ICT- passzív áramköri elemek értékeiről és az egyes részegységek működéséről lehet megbizonyosodni • a Boundary Scannel (B. S.) a B.S.-re alkalmas IC összeköttetésekről lehet információt szerezni • miután ezek során a tesztek során a teljes panel nem kerül tápfeszültség alá, ezekkel a módszerekkel a teljes áramkör működéséről nem tudunk információt nyerni • a funkcionális teszt során lehet leellenőrizni az ICT vagy a B.S. során felprogramozott eszközöket • a funkcionális teszter egyedi készítésű, a gyártott termékfunkciójához illeszkedő berendezés
Feladata: • a lehető legpontosabban leutánozza azt a környezetet, amelyben a felhasználó a terméket üzemszerűen használni fogja • a teszt során ellenőrzik, hogy a specifikációban meghatározott értékeknek megfelel e Funkcionális Teszter lehet: 1. Alkalmazás alapú: külön tesztáramkört fejlesztenek az adott termék ellenőrzéséhez 2. PC alapú: vezérelhető műszerekből építik fel; a tesztberendezés és a mérőműszerek valamilyen kommunikációs protokoll szerint kommunikálnak (soros, párhuzamos jelátvitel) • A műszerek villamos mennyiségeinek mérésére szolgál, a PC pedig az adatok begyűjtéséra és kiértékelésére használható. Szabványos Protokollok • IEEE 488 – GPIB protokollja: párhuzamos átvitelű szabványos protokoll • RS 232 – pont-pont összeköttetés; aszimmetrikus jelátvitel (1 adó 1 vevő) • RS 422- pont-multipont összeköttetés, (1 adó, 10 vevő); szimmetrikus jelátvitel; a feszültségkülönbség hordozza az információt • RS 485- multipont összeköttetés (32 adó 32 vevő)
USB:U(niversal) S(erial) B(us) • 1.0; 2.0; 3.0 • differenciális jelátvitelt használ LXI: L(an) (e)X(tension) for I(nstrumentation) • eternet hálózatot használ ipari tesztrendszerek kialakításához • a trigger UTP-vel • vezérlő utasítások a TPC-vel • minden eszköznek saját UTP-je van • a műszerek egymással kommunikálhatnak VXI: VME (e)X(tension) for I(nstrumentation) • VME busz továbbfejlesztett változata • VME= Versa Model Europa Bus • VME kompatibilis kártyák, egy keretben helyezik el egy műszerdobozban, a műszerdoboz adja a tápot, a műszerdobozban van egy nagy sebességű hátlap, amin tud kommunikálni (backplane) PXI: PCI (e)X(tension) for I(nstrumentation) • a compact PCI-t fejlesztette tovább • vezérlési és adatfeldolgozási feladatokra fejlesztették ki
GPIB • Párhuzamos jelátvitelt biztosító protokoll • IEEE 488- külön vezetékek vannak a vezérlésnek és az adatnak Előny: jelátviteli sebesség növelhető Hátrány: nagyobb távolságokra nehéz gazdaságosan alkalmazni • HP dolgozta ki → HPI –Hawlett Packard Interface Bus • GPIB: General Purpose Interface Bus= általános célú interfész busz • IEEE 488 néven szabványosították: általános célú csatlakozó felület, amivel több eszköz(mérőkészülék, számítógép) kapcsolható össze Rendszerbe kapcsolható eszközök: a) vezérlő: a busz forgalmát irányítja, ne legyen ütközés, ez rendszerint egy PC b) vevő: hallgatja a buszt, parancsokat kap (kijelző) c) adó: adatokat és parancsokat küldhet a buszra • fél duplex kommunikációt valósít meg • a busz 16 vezetékből áll (8 adat és 8 vezérlő) • bite soros jelátvitel és negatív logika (0-igaz; 1- hamis) • a 8 vezérlőjel közül 3 handshake (nyugtázó jel), 5 adminisztratív vezeték; sebessége1 Mbyte/sec • létezik egy turbósított változata: High Speed GPIB, 8Mbyte/sec sebességet lehet elérni
Korlátai: • 2 berendezés között a maximum távolság 4 m lehet • átlagtávolság 2m, össztávolság 20 m • maximum 15 berendezés köthető a rendszerbe • feltétel, hogy ezek 2/3-a be legyen kapcsolva • bővítőkártya segítségével 31 eszközt lehet vezérelni • minden eszköznek egyedi címe van a buszon, 0-30-ig címezhetők • az eszközöket valamilyen vezetékkel kell összekötni (GPIB kábel), csatlakozója amfenol 57-es sorozatú 24 pólusú csatlakozó VXI: • a Versa Modul Europa Bus kiterjesztése a VXI busz • a GPIB hiányosságait próbálta kiküszöbölni • hátránya a relatív lassúsága és a nagy térigénye a GPIB-nek • egy regiszterbe helyezik el a különböző típusú műszereket • a műszerek modul kivitelűek plug and play-el rendelkeznek • egy szabványos 19” szekrényben lehet elhelyezni • a VXI gyártó független, nyílt szabvány • kb. 250 gyártó 1500 eszközéhez lehet hozzáférni
Előny: • műszerei modul kivitelűek • nyílt szabvány • nagy sebességű működés • pontos időzítés • könnyű konfigurálhatóság • alapja a VXI keret: • 13 slotot tartalmaz (rekesz) • a keretben van a tápegység (keret és a modulok tápellátására szolgál) • a modulok magassága lehet: 3U, 6U, 9U (U- modulmagasság alapegysége=43,6 mm, hosszúsága: 160 és 340 mm) • ebben a kivitelben van A, B, C és D modulméret • leggyakrabban a C méretű kártyát használják: 6U * 340 mm • a slotok sorszámozva vannak: bal a 0. és az utolsó a 12. • a 0. slotba megy a Vezérlőkártya, a többiben a modulok vannak • két féle kommunikáció valósul meg: 1. regiszter alapú: a vezérlőkártya eléri a modul kártya regisztereit és parancsokat ír bele 2. üzenet alapú: üzeneteket, parancsokat küld
PXI • kompakt PCI buszt fejlesztették tovább • vezérlő modul • PC alapú platform, Windows fut rajta • 3 fő eleme van: 1. PXI keret: 4-18 slotig vannak rekeszek és nagy sebességű hátlap van benne 2. rendszervezérlő: az 1. slotba rakják bele 3. PXI modulok: műszerek • digitális IO kártyák, jelgenerátorok Előny: • nyílt szabvány • két különböző méret: 3U, és 6U (a 3U az elterjedtebb)
Controller • PXI vezérlő • 3 féle kialakítás létezik: 1. beágyazott PXI vezérlő: egy komplett PC, Windows fut rajta, tartalmazza az összes eszközmeghajtót 2. Laptop vezérlőt alkalmaznak: PCMCIAà ezt kötjük össze és csatlakoztatjuk a laptopba 3. PC kontrollert alkalmazunk: a PC vezérli PXI kábelen keresztül a PXI-t • a kommunikáció üzenet és regiszter alapú • eszközmeghajtókat kell telepíteni a Windowsra pl: o VISA (Virtual Instrument Software Architecture)- függvényhívások vannak benne o IVI Driver (Interchargable Virtual Instruments)- lehetővé teszi, hogy újraprogramozás nélkül kicserélhető legyen a műszer egy másik műszerre o SCPI (Standard Commands for Programmable Instrument)- egységes parancsnyelv arra, hogy a műszereket vezérelni tudja; parancsok pl.: measure, configure
Programok: • Labview, Labwindows CVI, Visual C++, Basic, NI Test Stand • mérési feladatok automatizálhatók az NITS-sel Lehetőség van: • naplózás • Riportkészítés • dokumentálás
10. Tétel Elektrosztatikus kisülés hatásai, védekezés módszerei, eszközei, mérési módszerek ESD • ESD = Electrostatic Discharge = Elektrosztatikus Kisülés • ESD elektrosztatikus kisülés, azaz elektrosztatikus forrásból származó elektromos energia gyors felszabadulása; potenciál különbség kiegyenlítődése • Olyan fizikai jelenség mely két eltérő elektromos potenciállal rendelkező tárgy között lép fel. Normál esetben az elektromos töltés a tárgyak felületén, lassan sül ki. Olyan esetekben azonban, amikor az elektromos potenciálbeli különbség túl naggyá válik, felgyorsul az elektronok áramlása, és hirtelen átmeneti túlfeszültség keletkezik. EOS • EOS (Electrical Overstress) • Azon villamos túlterhelést értjük, amely nagy áram vagy feszültségcsúcs hatására létrejövő olyan hibákat okoz, aminek a bekövetkezéséhez egy viszonylag hosszabb idejű villamos igénybevétel szükséges (~1 ms).
Az EOS és az ESD okozta hibák különbségei • Míg az ESD egy üzemen kívüli, műveletet éppen nem végző alkatrészen keletkezik a gyártási szakaszban vagy az alkatrész kezelése közben, addig az EOS okozta meghibásodás a valós üzemű működés alatt jön létre. • A sztatikus kisülés okozta hibák bekövetkezéséhez rövidebb, néhány ns-ig tartó, de nagyobb áram (1..10 A) és feszültségértékek vezetnek • (átégetik a vékony félvezető szigetelő rétegeket) • A működés közben bekövetkező elektronikus túlterheléseknek a „hosszabb” ideig fennálló, de alacsonyabb villamos paraméterekkel rendelkező impulzusok az okozói. • (túlfeszültség okozta átütés eredményez) Milyen károkat okozhat, az ESD/EOS? • Az ESD érzékeny alkatrészek a nem megfelelő kezelés vagy feldolgozás következtében elveszthetik működőképességüket, vagy változhatnak fizikai tulajdonságai (ellenállás, hővezetés stb.). Ezek a hibák lehetnek azonnaliak vagy látensek. • Az ESD okozta károk elektronmikroszkóp segítségével láthatóak. Olyan, mintha kis lyukat ütnénk az anyagba. Tekintettel arra, hogy a chipek vezető szálainak szélessége mikronos nagyságrendben van (1/1000 mm), ezek a sérülések óriásiak.
Főbb szabványcsoportok • ESD követelmények, fejlesztési irányok, a használatos szimbólumok • Termékek kezelésére (előállítás, csomagolás, földelés) vonatkozó követelmények • Teszt eljárások, ESD modellek ESD teszt modellek • Az elektrosztatikus kisülések (ESD) a különböző módon fordulnak elő, attól függően, hogy hol és hogyan halmozódik fel a statikus töltés. Vannak azonban szabványos ESD modellek (3), amelyek meghatározzák, hogyan kell a félvezető eszközöket vizsgálni ESD érzékenységre a különböző elektrosztatikus helyzetekben. 1.) HBM (Human Body Model) emberi test modell • Az emberi test feltöltődéséből adódó elektrosztatikus kisülést modellezi egy elektronikus alkatrész érintésekor. • A modell az embert egy kondenzátorral (100-200pF), egy ellenállással (1,5kOhm), és egy induktivitással helyettesíti. • Az emberi test, mint egy kondenzátor akár több ezer Voltra is képes feltöltődni és a kis ellenálláson keresztül, mint egy alkatrészen keresztül kisülni. • Ez az alkatrészt károsíthatja ill. tönkreteheti.
MM (Machine Model) Gép modellje • Gép, berendezés vagy szerszám érintkezését (kisülését) szimulálja egy ellentétes potenciálon lévő alkatrésszel • A modell nem tartalmaz soros ellenállást, csak a kondenzátort és egy parazitikus induktivitást, amely oszcilláló rendszert hoz létre. 2.) CDM (Charged Device Model) Feltöltött alkatrész modellje • Negatív vagy pozitív potenciálra feltöltődött alkatrész vezető felülettel történő érintkezését szimulálja • A CDM a feltöltődés, vagy a kisülés eseményeit modellezi, amelyet a szerszámok és a folyamatok idéznek elő. • A CDM ESD, eseményeiben feszültség akkor keletkezik, ha fémes kapcsolat van a gyártásunkban. Rengetegszer előfordul, hogy egy alkatrész leesik, vagy hozzáérintik egy fém felülethez. • A kisülés áramát korlátozza az alkatrész parazita impedanciája és a kapacitása. • A CDM tesztelése a csomagolás előírt feszültségre történő feltöltésből áll, majd ezt a feszültséget kisütik az aktuális csomagolás vezetékein.
EPA • EPA – Elecrostatic Protected Area - Elektrosztatikusan védett terület • Megfelelő ESD- védelem nélkül meglehetősen nagy a látens ESD károsodás, sőt még a berendezéseket, illetve termékeket egyaránt érintő károkozás kockázata. • Munkaállomások összeszerelésekor abból kell kiindulni, hogy az elektromos kisüléseket másodpercenként 100 V-nál (a csuklópánt esetén kevesebb, mint 0,1 V/s) alacsonyabb feszültségszinteknél lehet biztonságosan kisütni • Annak biztosítása érdekében, hogy a kisülés ne történjen se túl gyorsan, se túl lassan, a munkaállomáshoz felhasznált anyagok felületi feszültsége bizonyos paraméterek közötti kell, hogy mozogjon (lásd az ábrát).
ESD védelmi stratégiák • A lehető legkevesebb szigetelőanyag használatára kell törekedni • Speciális eszközöket alkalmazása raktározás, gyártás, szerelés, csomagolás szállítás során • Megfelelő védőeszközök (ESD padló, cipő, kesztyű, köpeny, csuklópánt, csomagoló és tárolóeszközök…) alkalmazása • A gépek, készülékek, munkahelyi elemek, berendezések, gépállványok, asztallábak, rakodófelületek stb. vezetőképes részeit szigetelt védővezetékkel (színe: zöld/sárga) a földelési ponttal össze kell kötni, egyen-potenciálra hozni. • A legtöbb vezető anyag földelését (az emberi testet is) biztosítani kell egy földelő ellenálláson keresztül, melynek nagyságrendileg 1-100 M között kell lennie • Elektrosztatikusan védett területeken belül a dolgozói munkafegyelem megkövetelése • Az ESD védettséget folyamatosan (de legalább a műszak indulásakor) ellenőrizni kell
ESD jelölések • Minden ESD-re érzékeny anyagra, alkatrészre jól látható helyen fel kell tenni egy szabvány leírta jelölést, amely felhívja a figyelmet az ESD kezelésre. • Minden ESD védett munkahelyre, székre, targoncára, munkaeszközre, ruhára ugyancsak fel kell rakni egy jelölést, amely az ESD védettséget tünteti fel.
ESD érzékenység jelölése Közös pont szimbólum
ESD védő szimbólum
Az ESD védelem eszközei 1.) Padlózat • Alapos földelés felett speciális, többrétegű padlóanyag • Felső réteg: levezetőképes disszipatív anyag • A padló felülete és a földelési pont közötti ellenállás: 7,5 x 105..3.5 x 107 • A padlóburkoló mechanikai tulajdonságainak (pl. terhelhetőség, kopásállóság, csúszásmentesség stb.) és a vegyszerekkel szembeni ellenálló képességének (pl. ESD tisztítószer) kielégítőnek kell lennie 2.) Munkaasztal • Minden asztallapot illetve rakodófelületet össze kell kötni a földelési ponttal • Minden munkaasztalon található tárgyat, az asztallappal levezetőképesen össze kell kötni • A csuklópánt részére egy, vagy több földelési pontnak rendelkezésre kell állnia • Fémlapra, vagy fémfóliával bevont felületre elektronikai alkatrészt rátenni tilos • Levezetőképes anyagból vagy levezetőképes asztalborítóval letakart fémből készült lábtartót lehet használni
3.) Kéziszerszámok • Az EPA-n belül használatos műanyag szerszámoknak elektrosztatikusan levezetőképes anyagokat kell tartalmazni • A fém kéziszerszámokat földeléssel kell ellátni (csavarhúzók, fémcsipeszek, pákák) az elektromos forrasztópákák csak földelt pákahegyekkel használhatók. 4.) Kezelők földelése (csuklópánt) • A csuklópánt az elektrosztatikus töltéseket az emberi testről biztosan és hatásosan levezeti • Érintkeznie kell a bőrrel és spirálkábellel a földelési ponthoz kell kötni 5.) Kezelők ruházata • A járás közben keletkező töltéseket a levezetőképes cipő és levezetőképes padlóburkolat a föld felé elvezeti • Az összes munkaruhának (pl. kabát, sapka) levezetőképes anyagból kell állnia. • A munkaruhát mindig zárt állapotban kell hordani, nem lehet megváltoztatni • A munkaruhának részben a dolgozó bőrével érintkeznie kell, ezért a köpeny csuklórészénél zárt gumis megoldást alkalmaznak
6.) Ionizátorok • Azoknál az anyagoknál, amelyek nem földelhetők és töltés halmozódhat fel rajtuk a töltéseket ionizációval el kell távolítani. • Korona kisüléses elven működő ionizátorok szükségesek. • Semlegesítést a készüléknek 1000V-ról 100V-ra max. 20s alatt 100 cm-ről el kell érni. 7.) Anyagok csomagolása • Az alkalmazott csomagolások csak elektrosztatikusan levezetőképes, vagy árnyékoló anyagokat tartalmazhatnak • A külső térerősség árnyékolására alkalmasnak kell lenniük • Az alkatrészeket a felhasználásáig mindig megfelelő védőcsomagolásban kell tárolni és ezt csak a felhasználás előtt szabad kinyitni. 8.) Anyagok szállítása • Szállításhoz használandó tárolóknak, hordozóknak, raklapoknak és a többi eszköznek elektrosztatikusan vezetőképes anyagból kell felépülniük
• A szállítókocsiknak (kézi kocsik, targoncák stb.) megszakítás nélkül levezetőképesnek kell lenniük, a görgőkön, kerekeken keresztül az ESD védelmet biztosító padlóval állandóan érintkezniük kell EPA tesztelés mérési módszerei 1.) Padlózat és föld közötti ellenállásmérés 2.) Rendszer ellenállásmérés (testen keresztül mért ellenállás) 3.) Lépés teszt (test feszültség mérése) 4.) Elektromos biztonság mérése
