eng
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.249.7.130.135
В статье представлен обзор решений для автоматической оптической инспекции печатных плат в процессе производства от компании ALeader.
В статье представлен обзор решений для автоматической оптической инспекции печатных плат в процессе производства от компании ALeader.
Теги: 3d fillet profile 3d-профиль галтели automatic optical inspection (aoi) component package and lead coplanarity in-line and off-line 2d and 3d aoi surface mount автоматическая оптическая инспекция (аои) компланарность корпуса и выводов компонента линейные и офлайн 2d и 3d аои поверхностный монтаж
АОИ из Китая для российских производств
Д. Шуров
В современной реальности, когда темпы производства постоянно растут, а электронные компоненты становятся все более миниатюрными, риск пропустить дефект при визуальном контроле печатных узлов существенно возрастает. Решением этой проблемы являются автоматические оптические инспекции (АОИ), которые сегодня широко применяются на передовых электронных производствах.
Многие российские предприятия электронной промышленности доверились современным технологиям в области автоматизированного контроля и внедрили подобное оборудование. У тех российских компаний, которые только изучают стремительно развивающуюся сферу АОИ
и подбирают оборудование для своих производств, большой интерес вызывает лидер Китая в области систем автоматизированного контроля – компания ALeader.
Компания ALeader была создана в 2002 году, когда шестеро энтузиастов и ученых объединились с одной целью – кардинально изменить ситуацию с производством АОИ в стране и предложить отечественное решение, превосходящее импортные аналоги. Им это удалось – компания дебютировала первой на китайском рынке АОИ.
Первым крупным заказчиком стал гигант в области бытовой электроники – компания BBK Electronics, которая высоко оценила результаты внедрения технологии автоматического контроля у себя на производстве. Тогда же был выбран собственный бренд компании – ALeader, что означает быть лидером в области АОИ. Сегодня компания насчитывает более 220 сотрудников, производители электроники из более чем в 30 стран, включая США, Германию, Японию, Израиль, Россию, Мексику, выбирают решения от ALeader, а общий объем продаж превысил 30 тыс. машин по всему миру (рис. 1).
Модельный ряд АОИ ALeader
В модельной линейке компании представлены 2D и 3D АОИ как линейного (в составе производственной линии), так и офлайн-исполнения (отдельно стоящее оборудование).
Премиальный сегмент машин линейного исполнения представлен серией ALD8700 – это топовые 3D АОИ от компании ALeader (рис. 2а). Мы подробно рассмотрим их далее.
Стандартный сегмент – линейные 2D-системы серий ALD5800 и ALD7700 (рис. 2б), первая из которых рекомендована как Pre-AOI (располагается в линии перед печью оплавления припоя), а вторая – как Post-AOI (контролирует печатную плату после процесса оплавления).
Офлайн-системы представлены сериями ALD7100 и ALD7200 (рис. 2в), первая из которых ориентирована на контроль печатных плат с применением только поверхностного монтажа (SMT), а вторая также подойдет для инспекции после селективной и волновой пайки с применением DIP-монтажа благодаря возможности контроля более высоких компонентов.
Серия ALD8700 – квинтэссенция технологий ALeader
Уникальные оптические системы серии ALD8700 (см. рис. 2а) позволяют получать точные 3D-модели каждого компонента на печатной плате с высокой повторяемостью измеренных значений. Добиться этого удалось благодаря применению высокотехнологичной инспекционной головы (рис. 3), состоящей из:
Полученные точные 3D-модели каждого компонента далее подвергаются тщательной дефектовке по множеству критериев, пороговые значения которых определяются оператором в зависимости от внутренних производственных стандартов или согласно классу стандарта IPC-610 (преднастройка для 1, 2 и 3 классов уже включена в ПО) (рис. 5).
Контроль качества паяного соединения
3D АОИ ALeader контролирует такие важные для стандарта IPC-610, и в то же время недоступные для 2D-инспекций, параметры, как объем, высота, профиль и уклон галтели (рис. 6, 7). 3D-профиль галтели анализируется, в том числе, на степень и факт нарастания уклона – галтель можно представить как лестницу, где каждая следующая ступень должна быть выше предыдущей. Данный алгоритм может с легкостью определить такой дефект, как «голова на подушке». В этом случае условие подъема каждой следующей ступени галтели будет нарушено, тогда как объем припоя у поверхности печатной платы все еще будет сохраняться (рис. 8).
Компланарность корпуса и выводов компонента
Достойны внимания также 3D-алгоритмы определения компланарности корпуса компонента и компланарности отдельных выводов с формой «крыло чайки» таких типов корпусов, как SOIC, SOP, SOT, QFP и т.д.
Компланарность корпуса компонента – это свойство, при котором верхняя плоскость компонента параллельна плоскости печатной платы.
Компланарность выводов микросхемы – это свойство, при котором нижние стороны выводов на выходе из корпуса микросхемы лежат в одной плоскости.
АОИ замеряет и сравнивает полученные значения 3D-высоты в заданных оператором областях. Для определения компланарности корпуса достаточно разместить области контроля по четырем углам компонента, а для компланарности выводов – соответственно на выводах. Если разница будет превышать пороговое значение, то такой компонент будет считаться дефектным. При использовании данных алгоритмов компоненты, запаянные с отогнутыми/приподнятыми выводами, а также частично или полностью приподнятые компоненты будут выявлены как дефектные (рис. 9, 10).
С помощью этого алгоритма можно также легко найти дефект типа «надгробный камень» (рис. 11).
3D-контроль габаритов и положения компонента
Стоит упомянуть также базовый алгоритм проверки 3D-формы компонента – габариты контролируются по трем измерениям (длина, ширина, высота). Высота вычисляется по среднему значению высоты 3D-модели, а габариты определяются по сечению компонента на высоте, выбранной оператором. Данный алгоритм помогает выявить неверно установленный компонент (например конденсатор вместо резистора при условии одинакового типоразмера) (рис. 12); довольно экзотический, но все же возможный, случай с двумя резисторами, случайно установленными друг на друга (2D-инспекция здесь бессильна); вариант установки чип-компонента на бок или «билбординг» (такой вариант установки допустим по 1
и 2 классам IPC-610, но все же на отечественных производствах чаще считается дефектом) (рис. 13).
По положению 3D-модели компонента также определяется его смещение и поворот на печатной плате. Боковое и торцевое смещение могут проверяться относительно идеального центра установки компонента, взятого из CAD-данных, или относительно границ контактных площадок, форма которых может быть импортирована из Gerber-слоя металлизации печатной платы (рис. 14).
OCR-маркировка и полярность компонента
АОИ ALeader с легкостью справляется и с чтением маркировок и ключей компонентов. Распознаванию маркировки способствует алгоритм OCR (Optical Character Recognition). Причем реализован этот алгоритм значительно удобнее, чем на аналогичных АОИ. Обучение происходит, что называется, «налету» – при активации настроек этого алгоритма маркировка уже распознана, а оператору остается только нажать кнопку Get для захвата распознанных символов и сохранения их в качестве эталона (рис. 15).
Распознавание полярности компонентов может быть осуществлено через определение положения маркировки или же через распознавание ключа по различным цветовым настройкам.
Инспекция посторонних материалов
Из приятных бонусов можно отметить поиск посторонних предметов и материалов на поверхности печатной платы. Причем данная возможность является базовой, а не опциональной. Поиск осуществляется по всей площади печатной платы, а не ограничивается лишь областью компонентов (рис. 16). Критерием для выявления дефекта является в том числе 3D-высота объекта, а не только цвет и площадь, как это реализовано на 2D AOI (рис. 17).
Контроль высоких компонентов
Для ALeader контроль высоких компонентов и объектов также не является проблемой. Благодаря применению цифровых 3D-проекторов DLP-типа (Digital Light Processing) доступна инспекция высоких алюминиевых конденсаторов (рис. 18), длинных контактов разъемов, press-fit пинов (рис. 19) и прочих высоких объектов.
3D SPI от ALeader
Внимания также заслуживают 3D автоматические системы контроля качества нанесения паяльной пасты или SPI (Solder Paste Inspection) от компании ALeader. Серия ALD6700 пополнила модельную линейку компании в 2014 году и на сегодняшний день является весьма эффективным решением для выявления дефектов на ранних стадиях производства (рис. 20). Ведь причиной 71% всех дефектов электронных модулей является нарушение технологии нанесения паяльной пасты.
SPI-система от ALeader выполняет построение точной 3D-модели каждого отпечатка паяльной пасты на плате благодаря применению инспекционной головы с двумя 3D-проекторами муаровой решетки, что исключает вероятность возникновения эффекта затененности и проблем неравномерного отражения света от паяльной пасты (рис. 21, 22). Наряду с инспекцией паяльной пасты вы можете контролировать и качество нанесения клея для SMT-монтажа (рис. 23).
Комплексный подход к вопросу инспекции
Специалисты ALeader также подготовили комплексное решение для анализа причин возникновения дефектов. Данные от всех этапов контроля (SPI, Pre-AOI, Post-AOI) поступают в одну общую систему – ПО станции верификации (рис. 24, 25). Таким образом оператор может оценить, на каком этапе возник дефект, и своевременно предпринять корректирующие действия для дальнейшего бездефектного производства.
***
Как мы видим, сегодня китайская промышленность создает высокотехнологичное оборудование, способное конкурировать с топовыми мировыми брендами. Не упустите возможность выгодно улучшить качество и эффективность своего производства благодаря многообразию решений от ALeader.
Д. Шуров
В современной реальности, когда темпы производства постоянно растут, а электронные компоненты становятся все более миниатюрными, риск пропустить дефект при визуальном контроле печатных узлов существенно возрастает. Решением этой проблемы являются автоматические оптические инспекции (АОИ), которые сегодня широко применяются на передовых электронных производствах.
Многие российские предприятия электронной промышленности доверились современным технологиям в области автоматизированного контроля и внедрили подобное оборудование. У тех российских компаний, которые только изучают стремительно развивающуюся сферу АОИ
и подбирают оборудование для своих производств, большой интерес вызывает лидер Китая в области систем автоматизированного контроля – компания ALeader.
Компания ALeader была создана в 2002 году, когда шестеро энтузиастов и ученых объединились с одной целью – кардинально изменить ситуацию с производством АОИ в стране и предложить отечественное решение, превосходящее импортные аналоги. Им это удалось – компания дебютировала первой на китайском рынке АОИ.
Первым крупным заказчиком стал гигант в области бытовой электроники – компания BBK Electronics, которая высоко оценила результаты внедрения технологии автоматического контроля у себя на производстве. Тогда же был выбран собственный бренд компании – ALeader, что означает быть лидером в области АОИ. Сегодня компания насчитывает более 220 сотрудников, производители электроники из более чем в 30 стран, включая США, Германию, Японию, Израиль, Россию, Мексику, выбирают решения от ALeader, а общий объем продаж превысил 30 тыс. машин по всему миру (рис. 1).
Модельный ряд АОИ ALeader
В модельной линейке компании представлены 2D и 3D АОИ как линейного (в составе производственной линии), так и офлайн-исполнения (отдельно стоящее оборудование).
Премиальный сегмент машин линейного исполнения представлен серией ALD8700 – это топовые 3D АОИ от компании ALeader (рис. 2а). Мы подробно рассмотрим их далее.
Стандартный сегмент – линейные 2D-системы серий ALD5800 и ALD7700 (рис. 2б), первая из которых рекомендована как Pre-AOI (располагается в линии перед печью оплавления припоя), а вторая – как Post-AOI (контролирует печатную плату после процесса оплавления).
Офлайн-системы представлены сериями ALD7100 и ALD7200 (рис. 2в), первая из которых ориентирована на контроль печатных плат с применением только поверхностного монтажа (SMT), а вторая также подойдет для инспекции после селективной и волновой пайки с применением DIP-монтажа благодаря возможности контроля более высоких компонентов.
Серия ALD8700 – квинтэссенция технологий ALeader
Уникальные оптические системы серии ALD8700 (см. рис. 2а) позволяют получать точные 3D-модели каждого компонента на печатной плате с высокой повторяемостью измеренных значений. Добиться этого удалось благодаря применению высокотехнологичной инспекционной головы (рис. 3), состоящей из:
- системы из четырех 3D-проекторов муаровой решетки собственной разработки (рис. 4), реализующей выполнение 3D-алгоритмов инспекции;
- системы купольной подсветки, обеспечивающей комплексную работу 2D-алгоритмов инспекции в дополнение к 3D;
- высокоскоростной телецентрической камеры, способствующей быстрому и четкому захвату изображений для непревзойденной скорости 3D-инспекции.
Полученные точные 3D-модели каждого компонента далее подвергаются тщательной дефектовке по множеству критериев, пороговые значения которых определяются оператором в зависимости от внутренних производственных стандартов или согласно классу стандарта IPC-610 (преднастройка для 1, 2 и 3 классов уже включена в ПО) (рис. 5).
Контроль качества паяного соединения
3D АОИ ALeader контролирует такие важные для стандарта IPC-610, и в то же время недоступные для 2D-инспекций, параметры, как объем, высота, профиль и уклон галтели (рис. 6, 7). 3D-профиль галтели анализируется, в том числе, на степень и факт нарастания уклона – галтель можно представить как лестницу, где каждая следующая ступень должна быть выше предыдущей. Данный алгоритм может с легкостью определить такой дефект, как «голова на подушке». В этом случае условие подъема каждой следующей ступени галтели будет нарушено, тогда как объем припоя у поверхности печатной платы все еще будет сохраняться (рис. 8).
Компланарность корпуса и выводов компонента
Достойны внимания также 3D-алгоритмы определения компланарности корпуса компонента и компланарности отдельных выводов с формой «крыло чайки» таких типов корпусов, как SOIC, SOP, SOT, QFP и т.д.
Компланарность корпуса компонента – это свойство, при котором верхняя плоскость компонента параллельна плоскости печатной платы.
Компланарность выводов микросхемы – это свойство, при котором нижние стороны выводов на выходе из корпуса микросхемы лежат в одной плоскости.
АОИ замеряет и сравнивает полученные значения 3D-высоты в заданных оператором областях. Для определения компланарности корпуса достаточно разместить области контроля по четырем углам компонента, а для компланарности выводов – соответственно на выводах. Если разница будет превышать пороговое значение, то такой компонент будет считаться дефектным. При использовании данных алгоритмов компоненты, запаянные с отогнутыми/приподнятыми выводами, а также частично или полностью приподнятые компоненты будут выявлены как дефектные (рис. 9, 10).
С помощью этого алгоритма можно также легко найти дефект типа «надгробный камень» (рис. 11).
3D-контроль габаритов и положения компонента
Стоит упомянуть также базовый алгоритм проверки 3D-формы компонента – габариты контролируются по трем измерениям (длина, ширина, высота). Высота вычисляется по среднему значению высоты 3D-модели, а габариты определяются по сечению компонента на высоте, выбранной оператором. Данный алгоритм помогает выявить неверно установленный компонент (например конденсатор вместо резистора при условии одинакового типоразмера) (рис. 12); довольно экзотический, но все же возможный, случай с двумя резисторами, случайно установленными друг на друга (2D-инспекция здесь бессильна); вариант установки чип-компонента на бок или «билбординг» (такой вариант установки допустим по 1
и 2 классам IPC-610, но все же на отечественных производствах чаще считается дефектом) (рис. 13).
По положению 3D-модели компонента также определяется его смещение и поворот на печатной плате. Боковое и торцевое смещение могут проверяться относительно идеального центра установки компонента, взятого из CAD-данных, или относительно границ контактных площадок, форма которых может быть импортирована из Gerber-слоя металлизации печатной платы (рис. 14).
OCR-маркировка и полярность компонента
АОИ ALeader с легкостью справляется и с чтением маркировок и ключей компонентов. Распознаванию маркировки способствует алгоритм OCR (Optical Character Recognition). Причем реализован этот алгоритм значительно удобнее, чем на аналогичных АОИ. Обучение происходит, что называется, «налету» – при активации настроек этого алгоритма маркировка уже распознана, а оператору остается только нажать кнопку Get для захвата распознанных символов и сохранения их в качестве эталона (рис. 15).
Распознавание полярности компонентов может быть осуществлено через определение положения маркировки или же через распознавание ключа по различным цветовым настройкам.
Инспекция посторонних материалов
Из приятных бонусов можно отметить поиск посторонних предметов и материалов на поверхности печатной платы. Причем данная возможность является базовой, а не опциональной. Поиск осуществляется по всей площади печатной платы, а не ограничивается лишь областью компонентов (рис. 16). Критерием для выявления дефекта является в том числе 3D-высота объекта, а не только цвет и площадь, как это реализовано на 2D AOI (рис. 17).
Контроль высоких компонентов
Для ALeader контроль высоких компонентов и объектов также не является проблемой. Благодаря применению цифровых 3D-проекторов DLP-типа (Digital Light Processing) доступна инспекция высоких алюминиевых конденсаторов (рис. 18), длинных контактов разъемов, press-fit пинов (рис. 19) и прочих высоких объектов.
3D SPI от ALeader
Внимания также заслуживают 3D автоматические системы контроля качества нанесения паяльной пасты или SPI (Solder Paste Inspection) от компании ALeader. Серия ALD6700 пополнила модельную линейку компании в 2014 году и на сегодняшний день является весьма эффективным решением для выявления дефектов на ранних стадиях производства (рис. 20). Ведь причиной 71% всех дефектов электронных модулей является нарушение технологии нанесения паяльной пасты.
SPI-система от ALeader выполняет построение точной 3D-модели каждого отпечатка паяльной пасты на плате благодаря применению инспекционной головы с двумя 3D-проекторами муаровой решетки, что исключает вероятность возникновения эффекта затененности и проблем неравномерного отражения света от паяльной пасты (рис. 21, 22). Наряду с инспекцией паяльной пасты вы можете контролировать и качество нанесения клея для SMT-монтажа (рис. 23).
Комплексный подход к вопросу инспекции
Специалисты ALeader также подготовили комплексное решение для анализа причин возникновения дефектов. Данные от всех этапов контроля (SPI, Pre-AOI, Post-AOI) поступают в одну общую систему – ПО станции верификации (рис. 24, 25). Таким образом оператор может оценить, на каком этапе возник дефект, и своевременно предпринять корректирующие действия для дальнейшего бездефектного производства.
***
Как мы видим, сегодня китайская промышленность создает высокотехнологичное оборудование, способное конкурировать с топовыми мировыми брендами. Не упустите возможность выгодно улучшить качество и эффективность своего производства благодаря многообразию решений от ALeader.
Отзывы читателей
