Универсальный рентгеновский контроль с высокой пропускной способностью

При инспекции печатных узлов (ПУ), особенно с компонентами со скрытыми паяными соединениями, таких как микросхемы BGA (массив шариковых выводов) или QFN (плоская микросхема с четырехсторонним расположением выводов с нижней стороны), автоматической оптической инспекции (АОИ) недостаточно. Проверка выборочных образцов с помощью ручной рентгеновской инспекции (РРИ) может рассматриваться как один из вариантов, но такое решение не всегда является оптимальным. Там, где безотказность изделий имеет первостепенное значение, особенно в автомобильной области, необходим быстрый и гарантированный контроль паяных соединений. В таких случаях необходима полностью автоматическая рентгеновская инспекция (АРИ) в режиме реального времени, которая также обеспечивает соответствие требованиям к производительности. Поскольку АРИ, установленной в автоматическую линию, необходим полностью защищенный корпус с механическими воротами, ее пропускная способность во многом определяется алгоритмом загрузки/выгрузки ПУ.

Быстрое и точное перемещение

Одно оригинальное решение для загрузки и выгрузки ПУ может сократить время их перемещения до четырех секунд и менее. Такое решение возможно благодаря концепции оборудования, работающего сразу с несколькими ПУ, которые могут находиться в системе одновременно и перемещаться ступенчатым образом. Из-за более коротких траекторий требуемое перемещение ПУ из одного положения в другое происходит очень быстро и точно. Сокращение времени цикла загрузки/выгрузки каждого ПУ происходит за счет одновременной загрузки нескольких ПУ, что снижает непроизводительные потери. Фактическое эффективное время — это чистое время анализа, в течение которого изображения фиксируются и оцениваются. Таким образом, если время процедуры сокращается, например, с прежних стандартных 10-12 сек до 4 сек, учитывая дополнительные 10 сек чистого времени анализа, общее время процедуры составит 14 сек, а не 20сек. Разница в 30% весьма существенна! Даже с учетом этого аспекта однозначно стоит рассматривать доступные алгоритмы анализа в сравнении. Оптимизация времени анализа может в значительной мере поспособствовать дополнительному увеличению пропускной способности. Во время написания программы можно ограничить длительную 3D-проверку только для тех компонентов, которым она действительно необходима. В других же местах целесообразно использовать более быстрые ортогональные и угловые процессы.

Первоклассное оборудование для АРИ в 3D

Оптимизированные решения для быстрого получения изображений также положительно влияют на время анализа. Высококачественные линейные двигатели, которые обеспечивают быстрое перемещение плоских детекторов на координатном столе (xy-table) в различные положения, существенно сокращают время получения изображения при направлении излучения под разными углами, особенно при получении нескольких изображений для 3D-моделирования. При правильных настройках также можно получить оптимальное представление ПУ в трехмерном изображении с предопределенных углов.

Опыт показывает, например, что для структур, обычно расположенных на координатной сетке (таких как шарики BGA), рекомендуется использовать неравномерно расположенные положения захвата изображения. Получаемое в результате сравнение периодических структур позволяет, по большей части, устранить ложные результаты, что значительно улучшает результаты 3D планарной компьютерной томографии (ПКТ).

Во время разработки и усовершенствования системы АРИ особенно целесообразным оказалось обеспечить достаточное пространство общей зоны 3D инспекции, гарантируя абсолютную гибкость в выборе угла захвата для конечного пользователя. Помимо больших углов излучения и различных перспектив и, как следствие, получения лучших результатов 3D сканирования, появилась возможность проводить инспекцию ПУ большего размера. Чтобы получить высокую пропускную способность важно использовать плоский детектор с как можно большим полем обзора.

Множество полезных опций

Процессы 3D реконструкции играют центральную роль в определении качества 3D воспроизведения полученного изображения пространства. Помимо простых и быстрых методов, таких как процесс сложения, в АРИ Viscom реализуется процесс FDK (Фельд- камп, Дэвис, Кресс). Дирк Нюлле, ведущий разработчик продуктов АРИ в Viscom и ответственный за новую систему 3D АРК X7056-II: «Данный процесс обратной проекции с фильтрацией обеспечивает лучшую реконструкцию срезов изображений, особенно для BGA. Однако выполняемые при этом вычисления требуют немного больше времени». Чтобы обеспечить удобное для пользователя отображение, а также базовое улучшение изображения, используются соответствующие вспомогательные средства, такие как фильтры контрастности или возможность адаптации значения градаций серого (гамма-коррекция). Чтобы все результаты были безошибочными, даже для провисающих печатных плат, в процедуру автоматического контроля можно также добавить поправку по высоте. Это можно сделать с помощью инструмента, который соответствующим образом адаптирует отдельные положения контроля. Рассчитанная модель изгиба ПУ затем применяется для каждого метода контроля.

Программное обеспечение системы контроля должно быть максимально простым в использовании. Например: во время 3D АРИ пользователь может указать положения захвата изображения, выбрать различные уровни разрешения и количество положений съемки в соответствии с применением и желаемой глубиной контроля. Позже, в зависимости от задачи, можно будет выбрать какую-либо из этих предопределенных 3D камер. Опять же, в зависимости от задачи, в приоритет ставится либо качество контроля, либо время цикла. «Исходя из нашего опыта, для реализации 3D необходимо иметь как минимум девять точек съемки. Однако иногда требуется больше данных, в зависимости от затенения и от того, какие компоненты находятся в противоположных положениях на двухсторонней печатной плате», — говорит Дирк Нюлле.

Итоговые результаты

Сегодня частичные или полные модели объекта, проанализированного с помощью 3D АРИ, можно относительно быстро и легко отображать на экране, а также наклонять, вращать и масштабировать с помощью мыши или сенсорного экрана. Основной особенностью этого метода, по сравнению с чисто оптической реконструкцией, является возможность послойного отображения внутренней части объекта, такого как массив шариков BGA. Установка такого инструмента на этапе контроля обеспечивает дополнительные возможности для четкой классификации дефектов и для исследования причин дефектов в технологическом процессе.

Возможность вычислять значимую объемную информацию из нескольких двумерных изображений объекта контроля и извлекать отдельные фрагменты из этой информации является наиболее важным преимуществом 3D-технологии при рентгеновском контроле ПУ. Если, например, необходимо проверить пустоты в QFN, но на другой стороне двухсторонней печатной платы есть другой компонент, скажем, микросхема, на стандартных рентгеновских изображениях могут быть хорошо видны не все воздушные включения, потому что объекты на изображении перекрываются и скрывают друг друга. 3D-реконструкция объемного элемента при 3D-рентгеновском контроле позволяет точно разделить соответствующие срезы, что значительно облегчает этот тип контроля и не допускает перекрытия.

Поскольку в принципе можно просканировать все пространство, можно также определить и структуру объекта, при этом срезы не обязательно должны быть горизонтальными. Например, по вертикальному срезу можно определить, если один шарик BGA во внешнем ряду не прикреплен, что указывает на дефект «голова на подушке» (HIP). На двухсторонней печатной плате видны компоненты, расположенные с каждой стороны. Каждое изображение среза, будь то горизонтальное или вертикальное, можно направить на анализ. Таким образом, получается легко и без ошибок идентифицировать и классифицировать пустоты.

Сбалансированное комбинированное решение

Еще больше преимуществ можно получить, объединив АРИ и АОИ в единую систему. С помощью этой комбинации есть возможность не только оптимально настроить пропорции ортогональных, угловых и трехмерных рентгеновских лучей, но и за счет включения методов оптического контроля свести к минимуму их использование. Что, в свою очередь, позволит еще больше сократить время цикла всего процесса инспекции и снизить радиационную нагрузку на отдельные компоненты, хотя этот эффект часто упускается из виду. Некоторые параметры (наиболее очевидный пример — OCR (оптическое распознавание символов) — распознавание простого текста на компоненте) должны выполняться исключительно оптическим методом; другие — могут фиксироваться либо оптически, либо с помощью рентгеновского излучения. Логично, что есть и такие эффекты, которые можно проверить только с помощью рентгеновских методов.

В хорошей комбинированной системе ПУ быстро и почти одновременно перемещаются между двумя секциями контроля. Оптические координатные камеры могут начинать сканирование еще до того, как свинцовая пластина, разделяющая две секции контроля, полностью закроется. С помощью всего одной системы можно производить полный и быстрый контроль. Если есть подозрение, что после оптического контроля остались необнаруженные скрытые дефекты, в этой же системе можно запустить дополнительный рентгеновский контроль только для этих случаев.

Удобство эксплуатации такой комбинированной системы заключается еще и в том, что можно создать интегрированную программу автоматического контроля или использовать имитатор контроля. С его помощью пользователь может запускать различные сценарии контроля в автономном режиме, например, уделяя большее внимание качеству контроля, расходам или скорости.

Комбинирование с РРИ

Результаты системы рентгеновской инспекции могут сопоставляться с другими результатами контроля (3D ИПП, 3D АОИ) через сетевую линию, например, с помощью Viscom Quality Uplink, и рационально объединяться для оценки. К тому же, это относится не только к рентгеновскому контролю в реальном времени. В этом отношении системы РРА также зарекомендовали себя как настоящие «командные игроки». «Я могу передать результаты контроля с линии в ручную систему и, например, провести детальную проверку соответствующих положений или выборочных образцов на предмет неоднозначных дефектов», — говорит Рольф Демитц (глава подразделения Viscom), второй ответственный за разработку РРИ и другие задачи. Конечно, в такой системе также может использоваться программное обеспечение последующей классификации. Несмотря на постоянно увеличивающуюся скорость АРИ, ручная рентгеновская инспекция (РРИ) остается важным компонентом в производстве электроники. РРИ позволяет оптимально провести контроль как восстановленных ПУ, так и вновь разработанных прототипов. Обычно это делается без учета времени цикла. Контроль осуществляется между трубкой и поворотным детектором (преобразователем изображения) и длится столько, сколько необходимо. Например, объект попадает на вращающуюся платформу манипулятора, которую сотрудник может перемещать вверх и вниз с помощью джойстика. Наиболее впечатляющей характеристикой результатов является чрезвычайно высокая детализация, которая также повышает качество 3D-реконструкций, полученных при помощи вращающейся или планарной компьютерной томографии.

Естественно, в рамках ручной системы также может быть реализована определенная автоматизация: для небольших серий могут создаваться списки положений и классификации, так что будут проверяться только действительно необходимые компоненты. Для создания программы оператор может использовать данные из САПР, как и в случае рентгеновского контроля в режиме реального времени, и начать серию инспекций с полностью автоматической оценкой. Кроме прочего, подключенное к системе устройство подачи с помощью соответствующей концепции взаимодействия потенциально позволяет проводить инспекцию абсолютно независимо без другого вмешательства в течение заданного времени (работа с партиями). Возможно также подключение к производственной линии.

Широкие возможности применения рентгеновского контроля

Viscom предлагает непревзойденную гибкость рентгеновского контроля ПУ. Для РРИ успешно используется система X8011-II PCB. Для тяжелых изделий (весом до 15 кг и размером образца до 722 мм) идеально подходит другая система X8068 с аналогичным техническим оснащением. Для рентгеновского контроля в режиме реального времени во всем мире уже много лет используется система X7056RS. При ее покупке большинство пользователей интегрируют соответствующее решение для оптического контроля от Viscom. Новая версия этой популярной системы — X7056-II — оснащена инновационной концепцией управления xFastFlow, которая способна загружать и выгружать ПУ менее чем за четыре секунды, а также может комбинироваться с 3D АРИ и 3D АОИ.

Приобретая систему серии X7056 у пользователя есть возможность заказать версию системы, «подготовленную для АОИ». Это значит, что клиент может задействовать систему АРИ, которую впоследствии можно быстро и экономично расширить с помощью опции АОИ. X7056-II поставляется с программным обеспечением Viscom vVision, которое гарантирует ту же простоту эксплуатации, которую компания уже реализовала для своих систем АОИ, а также систем ИПП и ИОП. То есть для контроля паяльной пасты и однородности покрытия печатных плат.