Cómo se aplica el sistema de inspección óptica automática AOI en la producción de circuitos impresos

Cómo se aplica el sistema de inspección óptica automática (AOI) en la producción de circuitos impresos

Después de casi 112 años de esfuerzos, el sistema de inspección óptica automática (AOI) finalmente se ha aplicado con éxito a la línea de producción de placas de circuito impreso (PCB). Durante este período, el número de proveedores de AOI ha aumentado considerablemente, y varias tecnologías de AOI también han logrado un progreso considerable. En la actualidad, desde sistemas de cámara simples hasta complejos sistemas de inspección de rayos X en 3-D, muchos proveedores casi han podido proporcionar equipos AOI que se pueden aplicar a todas las líneas de producción automática.

En la última década, se ha mejorado el rendimiento de las impresoras de pasta de soldadura y las máquinas de colocación SMT, lo que ha mejorado la velocidad, la precisión y la fiabilidad del montaje del producto. Por lo tanto, se ha mejorado la tasa de rendimiento de los grandes fabricantes. El creciente número de componentes empaquetados SMT proporcionados por los fabricantes de componentes también ha impulsado el desarrollo de la automatización en las líneas de montaje de placas de circuito impreso. La colocación automática de componentes SMT puede eliminar casi por completo los errores que pueden ocurrir durante el montaje manual en la línea de producción.

En la industria de fabricación de PCB, la miniaturización y la desnaturalización de los componentes siempre han sido la tendencia de desarrollo. Esto ha impulsado a los fabricantes a instalar equipos AOI en sus líneas de producción. Debido a que ya no es posible realizar una detección fiable y consistente de componentes densamente distribuidos y mantener registros de detección precisos confiando en el trabajo manual. AOI, por otro lado, puede realizar inspecciones repetidas y precisas, y el almacenamiento y la liberación de los resultados de la inspección también se pueden digitalizar.

En muchos casos, la inspección y el ajuste de la impresora de pasta de soldadura y el proceso de montaje por parte de los ingenieros de proceso pueden garantizar que la tasa de contaminación de la pasta de soldadura (tasa de salpicaduras) en la línea de producción sea de solo unas pocas partes por millón (ppm). Para una línea de producción de alto rendimiento/baja mezcla, la tasa de contaminación típica de la pasta de soldadura está entre 20 partes por millón y 150 partes por millón. La experiencia práctica ha demostrado que es difícil detectar la contaminación de cada tipo de pasta de soldadura simplemente tomando muestras y probando muestras de placas de circuito impreso. Solo realizando una inspección al 100% en todas las placas de circuito se puede garantizar una mayor cobertura de inspección, logrando así el control estadístico del proceso (SPC).

En gran medida, solo existe una porción muy pequeña de tipos específicos de contaminación de pasta de soldadura, y la generación de estos contaminantes de pasta de soldadura se puede vincular a ciertos equipos de producción específicos. En muchos casos, también puede atribuir la aparición de una contaminación de pasta de soldadura a un dispositivo específico. Sin embargo, para algunas variables, como el desplazamiento de los componentes (debido al efecto de autocorrección durante el proceso de reflujo), es imposible rastrear hasta un paso de producción específico. Por lo tanto, para detectar toda la contaminación de la pasta de soldadura, es necesario realizar una inspección al 100% en cada paso de producción de la línea de producción. Sin embargo, en realidad, debido a consideraciones económicas, los fabricantes de PCB no pueden probar cada placa de circuito después de que se complete cada proceso. Por lo tanto, los ingenieros de proceso y los gerentes de control de calidad deben considerar cuidadosamente cómo lograr el mejor equilibrio entre la inversión en inspección y los beneficios que aporta el aumento de la producción.

En general, como se muestra en la Figura 1, puede aplicar eficazmente AOI después de cualquiera de los cuatro pasos de producción en una línea de producción. Los siguientes párrafos presentarán respectivamente la aplicación de AOI después de cuatro pasos de producción diferentes en la línea de producción SMT PCB. Podemos dividir aproximadamente AOI en dos categorías: prevención de problemas y detección de problemas. En la siguiente descripción, la inspección después de la impresión de pasta de soldadura, la colocación de dispositivos (de montaje en superficie) y la colocación de componentes se pueden clasificar como prevención de problemas, mientras que el último paso, la inspección después de la soldadura por reflujo, se puede clasificar como detección de problemas, porque la inspección en este paso no puede evitar la aparición de defectos.

◆ Después de la impresión de pasta de soldadura: En gran medida, la soldadura defectuosa se debe a la impresión defectuosa de pasta de soldadura. En esta etapa, puede eliminar fácil y económicamente los defectos de soldadura en la PCB. La mayoría de los sistemas de detección 2-D pueden controlar el desplazamiento y la inclinación de la pasta de soldadura, las áreas insuficientes de pasta de soldadura, así como las salpicaduras de soldadura y los cortocircuitos. El sistema 3-D también puede medir la cantidad de soldadura.

Después de la colocación de dispositivos (chip): La detección en esta etapa puede detectar componentes faltantes, desplazamiento, inclinación de dispositivos (chip) y fallas direccionales de dispositivos (chip). Este sistema de detección también puede verificar la pasta de soldadura en las almohadillas utilizadas para conectar componentes de paso cercano y matriz de rejilla de bolas (BGA).
◆ Después del montaje de componentes: Después de que el equipo monta los componentes en la PCB, el sistema de detección puede verificar si faltan componentes, están desplazados o inclinados en la PCB, y también detectar errores en la polaridad de los componentes.

Después de la soldadura por reflujo: Al final de la línea de producción, el sistema de detección puede verificar si faltan componentes, están desplazados o inclinados, así como defectos en todos los aspectos de la polaridad. El sistema también debe detectar la corrección de las uniones de soldadura, así como defectos como pasta de soldadura insuficiente, cortocircuitos durante la soldadura y patas levantadas.

Si es necesario, también puede agregar los métodos de reconocimiento óptico de caracteres (OCR) y verificación óptica de caracteres (OCV) para la detección en los pasos 2, 3 y 4.

Las discusiones de ingenieros y fabricantes sobre los pros y los contras de los diferentes métodos de detección son siempre interminables. De hecho, los principales criterios de selección deben centrarse en el tipo de componentes y procesos, el espectro de fallas y los requisitos de fiabilidad del producto. Si se utilizan muchos componentes BGA, empaquetado a escala de chip (CSP) o flip-chip, el sistema de detección debe aplicarse a los dos primeros pasos para maximizar su eficacia. Además, realizar inspecciones después de la cuarta etapa puede identificar eficazmente los defectos en los bienes de consumo de gama baja. Para las PCB utilizadas en productos aeroespaciales, médicos y de seguridad (airbags automotrices), debido a los requisitos de calidad extremadamente estrictos, puede ser necesario realizar inspecciones en muchos lugares de la línea de producción, especialmente después de los pasos segundo y cuarto. Para este tipo de PCB, se pueden seleccionar los rayos X para la inspección.

Si se va a evaluar el AOI utilizado en la línea de producción, es necesario distinguir entre los sistemas que solo pueden realizar la detección y los que pueden realizar la medición.

Los sistemas de detección que solo pueden buscar defectos como componentes faltantes y colocación incorrecta no pueden proporcionar herramientas para el control del proceso, por lo que no se pueden utilizar para mejorar el proceso de producción de PCB. Los ingenieros aún tienen que ajustar el proceso de producción manualmente. Sin embargo, estos sistemas de detección son rápidos y económicos.

Por otro lado, el sistema de medición puede proporcionar datos precisos para cada componente, lo cual es de gran importancia para medir los parámetros del proceso de producción. Estos sistemas son más caros que los sistemas de detección, pero cuando los integra con el software SPC, el sistema de medición puede proporcionar la información necesaria para mejorar el proceso de producción.

En general, no es exhaustivo que las personas evalúen la calidad de un sistema de detección basándose únicamente en su tasa de precisión de informes de errores, es decir, la proporción de errores verdaderos (informes de errores precisos) a falsas alarmas (informes de errores falsos). Si se va a evaluar un sistema de medición, también es necesario basarse en los resultados de la evaluación de la precisión del sistema de medición dentro de un rango de tolerancia más pequeño. Control Estadístico de Procesos
Finalmente, si desea utilizar eficazmente los datos del sistema AOI para ayudarle a controlar el proceso de producción, lo que permite a su empresa lograr una mayor producción y mayores beneficios, debe dominar la siguiente información:
Datos de medición precisos
Medición reproducible y repetible
◆ Cerca de la medición de eventos en tiempo y espacio
Así como el proceso de medición en tiempo real y toda la información relacionada con el proceso de producción
La instalación de un sistema AOI durante el proceso de impresión o montaje puede ayudarle a eliminar otras variables del proceso acumuladas durante el proceso de producción. Suponiendo que mida si los componentes han cambiado de posición después de la soldadura por reflujo, los datos que recopile no pueden reflejar la precisión del proceso de montaje. Debe medir los resultados tanto después del montaje como después de la soldadura por reflujo. Pero esta información es casi inútil para controlar el montaje del dispositivo. Dada la tendencia del desarrollo de la monitorización, la instalación de un sistema AOI cerca del proceso que debe monitorizar puede corregir rápidamente un parámetro que está a punto de entrar en el siguiente paso. Al mismo tiempo, la detección de corto alcance también puede reducir el número de PCB no conformes antes del proceso de detección.
Aunque la mayoría de los usuarios de AOI en la industria electrónica todavía se centran únicamente en la inspección posterior a la soldadura, la tendencia futura de la miniaturización de componentes y PCB requerirá un control de proceso de circuito cerrado más eficaz. Los sistemas AOI que pueden proporcionar soluciones efectivas de detección y medición atraerán a más y más usuarios, y los ingenieros también considerarán que la inversión en dichos sistemas es más valiosa. Para todos los clientes, AOI seguirá desempeñando un papel importante en la mejora de las líneas de producción de productos y el aumento del rendimiento de los productos terminados.