Možnosti optickej kontroly osadených dosiek plošných spojov

E-booky zdarma	Školení v oblasti pájení	ESD inspekce

Proces osadzovania a spájkovania dosiek plošných spojov je vždy zaťažený určitými chybami. Cieľom každého výrobcu je odstrániť tieto chyby alebo ich aspoň eliminovať na minimum. Dlhoročné skúsenosti potvrdzujú, že každé zistenie závady a jej následné odstránenie na ďalšom stupni výrobnej operácie stojí 10× viac, než odstránenie na tom stupni výroby, na ktorom bola závada spôsobená. Už z tohto poznatku vyplýva, že sú bezpodmienečne potrebné kontroly medzi jednotlivými operáciami.

Kontroly sa môžu rozdeliť na dve základné kategórie, optickú a elektrickú. Každá z týchto kontrol má v praxi svoj význam. Optická kontrola môže zhodnotiť kvalitu spájkovaného spoja, prezenciu a orientáciu súčiastky. Elektrická kontrola môže testovať osadenú dosku z hľadiska funkčných vlastností, elektrických vlastností súčiastok, skratov a prerušenia. V praxi sa teda používajú obe metódy, ale my sa zameriame na kontrolu optickú.

Optické metódy kontroly

Optická kontrola sa používa pri každom osadení dosky plošných spojov. Najjednoduchšou formou je sledovanie jednoduchým ľudským okom, nasledujú rôzne lupiny, mikroskopy, ale aj nákladné strojné zariadenia.

Zariadenie na optickú kontrolu môžeme rozdeliť na:

• dielenská lupa,
• mikroskop,
• prehliadacie zariadenie,
• CCD kamera,
• infračervená termografia,
• RTG,
• laser.

Dielenské lupiny

Dielenské lupiny sa predávajú buď s jednobodovým alebo kruhovým osvetlením. Jednobodové osvetlenie nie je pre prácu ideálne, pretože vďaka bodovému žiariču vznikajú tiene na osvietenej ploche, a preto nie je táto lupa ideálna na kontrolu DPS. Druhý typ, s kruhovým žiaričom, má rovnomerné osvetlenie celej plochy. V technológii povrchovej montáže má tento typ veľké uplatnenie. Optimálne je trojnásobné zväčšenie. Pri tomto zväčšení nedochádza k únave ľudského oka, preto je vhodné na použitie po celú pracovnú dobu. POZOR! Na trhu v SR je mnoho lacných lúp s kruhovým žiaričom (žiarivkou), ale kvalita šošovky je viac ako sporná. Dôležité je teda overiť si kvalitu šošovky na predávanej lupe, musí mať definované vlastnosti.

Mikroskopy

Mikroskop so zväčšením 10–40× s vysokou vzdialenosťou objektívu od pozorovaného predmetu môže byť ďalším prostriedkom na kontrolu DPS. Výhodou je veľmi jednoduché pripojenie USB kamery alebo digitálneho fotoaparátu. Rovnako potom, jednoduchosť rozšírenia a vyššie zväčšenie, čo u prehliadacích zariadení nemusí byť pravidlom. Prehliadacie zariadenia sú také zariadenia, ktoré nemajú okuláre, ale tienidlo, kam je premietaný obraz. Veľmi dobre zlučujú výhody mikroskopu (zväčšenie) a lupiny (malá únava oka).

Infračervená termografická technika

Infračervená termografická technika je založená na princípe, že všetky predmety s tepelnou energiou (s nenulovou absolútnou teplotou) vysielajú elektromagnetické žiarenie v infračervenom spektre. Infračervená termografia nie je vhodná pre charakteristiku elektrických závad alebo závad určujúcich správne spájkovanie, ale je možným typom skúšky „funguje-nefunguje”, ktorá zahŕňa malú prípravu skúšanej dosky plošného spoja.

RTG kontrola

Kontrola pomocou RTG má význam predovšetkým v kontrole zapuzdrených obvodov, kde už nie je možné z technológie otvoriť zapuzdrenie (rôzne hermetické puzdrá, BGA atď.). Táto metóda stále viac nadobúda na význame so zvyšujúcou sa integráciou osadených dosiek plošných spojov. Röntgenové lúče sú elektromagnetické vlny extrémne vysoké frekvencie. Toto vyžarovanie je vytvárané spomalením elektrónov s vysokou rýchlosťou pri zrážke s kovovým predmetom vo vákuovej trubici. Röntgenové lúče sa šíria predmetom, ktorý je skúšaný, a vytvára tieňový obraz založený na montážnej hustote a atómovom čísle základných atómov predmetu.

Absorpcia röntgenových lúčov je primeraná na interakciu s orbitálnymi elektrónmi v materiáli. RTG prechádza kontrolovaným predmetom, lúče dopadajú na fluorescenčné tienidlo, kde sa dostávajú do viditeľného spektra. Kamera cez zrkadlo sníma už viditeľný obraz.

CCD kamery

Optické systémy používajú na spracovanie opticky zachytených dát kamerou techniky na spracovanie obrazu. Účelom optických systémov je s využitím modernej techniky spracovania obrazu stelesňovať ten istý rozhodovací proces, akým by postupoval človek. Kontrolujú osadenú a zapájanú dosku plošných spojov s kvalitatívne vyššou úrovňou. Základom celého procesu je získanie obrazu kontrolovaného predmetu, jeho uloženie do pamäte a príprava na prezentáciu na spracovanie kontrolovaných kritérií.

Snímanie sa spravidla vykonáva pomocou videokamier CCD s vysokou rozlišovacou schopnosťou. Rozhodnutie, či je kontrolovaný predmet vyhovujúci alebo nie, je predmetom matematických algoritmov. Porovnávací proces s predtým uloženými obrazmi alebo s rôznymi kritériami, uloženými v počítači, rozhoduje aplikovať na obraz rozhodovacie kritériá. Väčšinou sa používa na „naučenie” systému doska bez známych vád, ktorá súčasne poskytuje sadu obrazových pravidiel pre porovnanie. V iných prípadoch môže programátor naprogramovať sadu pravidiel, založených na známych parametroch objektu, ktoré sú predmetom kontroly. Systémy CAD môžu poskytnúť geometriu dosky, informáciu o vedení vodičov obvodu, rozloženie súčiastok a obrazec kontaktov na účely tohto porovnávacieho procesu.

Akonáhle systém vykoná nejaké rozhodnutie a je zistená možná úchylka alebo vada, systém aktualizuje databázy dosiek a aktivuje funkcie značenia a odovzdávania správ. Rovnako prenos dát z osadzovacieho automatu by mal byť pre systém samozrejmosťou. Tu je veľká úspora času, pretože DPS boli už raz programované a dáta sa použijú pre optický testovací systém.

Každý optický systém je náročný na mechanické prevedenie. Kamera obsiahne určité zorné pole, v ktorom kontroluje sledované objekty. Kamera nie je schopná obsiahnuť celý rozmer DPS, preto sa musí pohybovať v osiach X a Y nad doskou. Kamera s trojitým nasvietením je schopná vyhodnotiť veľmi kvalitne aj množstvo spájky u SMD a tým aj zhodnotiť kvalitu spájkovania. Viackamerové systémy sú príznačné pre veľkosériovú výrobu. Takýto mechanizmus je náročný na mechanickú konštrukciu a hlavne na odladenie programu pre danú DPS. Preto nie sú vhodné pre variabilnú výrobu. Napriek tomu existujú firmy s veľkosériovou výrobou, ktoré dávajú prednosť menším systémom pre ich variabilitu.

AOI testery

Kvalita AOI testera je z veľkej miery závislá od jeho softvérového vybavenia. To je dôležité ako pre schopnosť testera odhaliť reálnu chybu a odlíšiť ju od „falošnej“ chyby, tak pre čas potrebný na tvorbu a najmä odladenie kontrolného programu. Súčasným štandardom je okrem základného softvéru aj štatistika obrazov chýb a ich dát. Základný softvér umožňuje tvorbu kontrolného programu a vlastné testovanie, má možnosť spracovať dáta z osadzovacieho automatu či návrhového systému a vytvorenie knižnice
súčiastok.

Väčšinou ako option je ponúkané externé opravárenské stanovište so spomenutou štatistikou chýb a ich obrazov a externé pracovisko pre programovanie. Samozrejmosťou je spracovanie čiarového kódu. Vhodným doplnkom by mala byť externá záloha dát. Prax ukazuje užitočnosť prídavných softvérov najmä pre maximálne využitie strojového času vlastného testera.

Z tohto hľadiska je jednoznačne najpraktickejšie externé programovanie, ktoré umožňuje vytvoriť a „zhruba“ odladiť kontrolný program na vedľajšom počítači, zatiaľ čo na vlastnom testeri prebieha rutinné testovanie. Význam externého softvéru so záznamom obrazov chýb je užitočný najmä v spojení so systémom značenia kontrolovaných DPS čiarovým kódom.

Automatické optické systémy sú finančne dosť náročné, ale už dnes sa objavujú alternatívne zariadenia spĺňajúce funkcie plnohodnotného AOI, ale za výrazne nižšie náklady.

Laserová technika

Laserová technika našla tiež svoje využitie v kontrole osadených dosiek plošných spojov, ale vzhľadom na kokomplikovanosť a cenu sa veľmi nerozšírila. Jedným príkladom laserovej kontroly spájkovaných spojov je metóda sledovania odozvy ohriateho spájkovaného spoja. Fokusované emitované žiarenie (1,06 μm, 10 ms) dopadá napájaný spoj, ktorý je ohrievaný. Kamera citlivá na infračervené žiarenie zachytáva množstvo vyžiareného tepelného žiarenia. Podľa časovej závislosti je možné určiť kvalitu spájkovaného spoja.

Kategórie produktov

	Priemyselné stolové lupiny
	Mikroskopy
	USB mikroskopy
	HD kamery
	Automatické optické systémy (AOI)