Продвинутая рентгеновская инспекция для высокоточных печатных плат

В отрасли печатных плат растущее количество деталей и плат оказывается трудным для инспекции автоматизированным оптическим контролем (AOI), потому что припой невидим. Кроме того, высокие требования к качеству, такие как прочность спайки автомобильной промышленности и полная поверхностная инспекция припоя, возрастают. Для удовлетворения этих потребностей Omron представил новую технологию для выполнения инспекций в требуемое встроенное такт-тайм (скорость, с которой продукт должен быть завершен для удовлетворения спроса клиента). Это было одной из самых сложных требований для компьютерной томографии (КТ) рентгеновского автоматического инспекционного оборудования. Для непрерывной технологии визуализации требуются высокоточное позиционирование и высокоскоростное сенсирование изображения.

Обоснование нового метода инспекции

В последние годы достигнуты замечательные технологические достижения в электромобилях (EV), передовых системах помощи водителю (ADAS) и даже в автоматическом вождении. Для мира монтажа печатных плат это означает переход к дальнейшей денсификации, в то время как растущее количество деталей и печатных плат имеют визуально недоступные спаянные соединения, вызывающие трудности в визуальной инспекции. Типичные примеры включают бес-филетные чипы и сетки шаров (BGA) с спаянными соединениями на нижней стороне корпуса.

Автомобильная промышленность накладывает особенно строгие требования к обеспечению качества для защиты потребителей, и поставщикам часто требуется выполнять встроенные полноразмерные инспекции печатных плат (вместо выборочных инспекций) и измерять формы припоя и инспектировать до прочности спайки. Усугубляет это проблему нехватки линейных рабочих, что частично отвечает за текущий быстрый рост спроса на высокоточные, высококачественные автоматизированные инспекции.

Следовательно, события в монтажной отрасли, как проблемы качества печатных плат и остановки производственных линий, могут представлять серьезные риски для клиентов. Выброс дефектных печатных плат немедленно приведет к кризису, который может угрожать безопасности людей и общества. По этой причине важнее чем когда-либо предоставить механизм, предотвращающий любой выброс дефектных печатных плат на рынок.

В ответ на эти тренды Omron разработал свою систему AXI (автоматизированная рентгеновская инспекция), которая стала широко используемой в линиях поверхностного монтажа (SMT) благодаря своей способности инспектировать визуально недоступные элементы, такие как спаянные соединения на нижней стороне деталей. Из-за проблемы с такт-таймом, однако, конвенциональная модель использовалась в основном для офлайн выборочных инспекций или для встроенных инспекций только ключевых деталей.

Эта статья представляет обзор технологий, используемых для VT-X750 Series автоматизированной встроенной КТ рентгеновской инспекционной системы (Рисунок 1) для улучшения этой проблемы и достижения скоростей, достаточных для встроенного использования в процессах монтажа автомобильных печатных плат, тем самым позволяя обеспечение качества печатных плат в больших объемах.

Достижение высокого качества изображения с КТ-основанным AXI

Основные типы рентгеновских диагностических методов визуализации включают двухмерную (2D) рентгеновскую, томосинтез и компьютерную томографию. 2D рентгеновский метод используется для получения одного изображения за кадр с рентгеновским источником, объектом и рентгеновской камерой, расположенными вертикально (Рисунок 2). Изображение, проецируемое этим методом, записывается как двухмерные данные. Способный на получение изображения за более короткое время, этот метод inferiores другим методам в терминах качества изображения, потому что объем данных, который он обрабатывает, мал.

Метод томосинтеза используется для получения определенного количества изображений объекта в относительной позиции к рентгеновскому источнику или рентгеновской камере в ограниченном угловом диапазоне. Этот метод позволяет получать томографические изображения с желаемыми выделенными высотами (Рисунок 3). Хотя он более затратен по времени, чем 2D рентгеновский метод, томосинтез позволяет быстрее получать изображения, чем КТ-метод, и превосходит 2D рентгеновский метод в терминах качества изображения. Следует отметить, что если томографические изображения захватываются на достаточно большом расстоянии от фокусной позиции рентгеновского источника или камеры, они склонны быть более размытыми, чем КТ-изображения.

КТ-метод используется для получения количества изображений объекта в относительной позиции к рентгеновскому источнику или камере в течение 360-градусного вращения и реконструкции их в трехмерные (3D) данные. Этот метод обрабатывает больший объем данных, чем другие методы, и поэтому обеспечивает лучшее качество изображения. Его сила в том, что он позволяет извлекать и использовать не только данные горизонтального плоского направления, но и данные направления высоты из реконструированных 3D данных. Даже когда захватываются далеко от фокусной позиции рентгеновского источника или рентгеновской камеры, томографическое изображение с этим методом будет иметь четкое, низкоразмытое качество изображения. С другой стороны, этот метод занимает больше времени для получения изображения и обычно доставляет более высокую дозу объекту.

Решение AXI

Omron принял новый метод инспекции, который может идентифицировать желаемые точки в 3D данных и выполнить диагноз на основе изображения для точной инспекции формы каждой поверхности спаянного соединения. Решение Omron AXI использует преимущества КТ-метода и обеспечивает высокоточные инспекции, свободные от ограничений нижней стороны печатной платы. Его основные технические компоненты состоят из аппаратного обеспечения, способного безопасному, высокоточному сенсированию, вместе с программным обеспечением, позволяющим высокоскоростное управление с отличной отзывчивостью.

Аппаратная часть во многом состоит из механических, электрических и образовых компонентов. Поэтому параметры дизайна — такие как электромеханическая безопасность, экранирование, точность движения осей, отзывчивость управления, качество изображения и скорость визуализации — играют важную роль в обеспечении производительности системы. Программная часть системы состоит из оптимизатора сборки для коррекции различий машин, основного приложения для разработки программы инспекции, процесса реконструкции для превращения захваченных изображений в 3D данные и алгоритма, используемого для выполнения инспекций полученных 3D данных. Эти технические компоненты связаны друг с другом сложным образом и должны работать вместе бесшовно внутри каждого функционального модуля для высокоточных, высокоскоростных инспекций. Это особенно важно для высококачественного получения КТ-изображения, которое является ядром этой технологии и обеспечивает базовую производительность визуализирующих устройств, высокоточный геометрический дизайн и управление, и надежную коррекцию и инспекционные алгоритмы.

Следующие разделы рассматривают каждую из этих возможностей.

1. Базовая производительность визуализирующих устройств (FPD и рентген...