Automatyczna inspekcja zgodna ze standardami IPC

Standard IPC-A-610D jest często używany do ewaluacji i klasyfikacji potencjalnych błędów produkcyjnych. Implementując wskazania, wynikające ze wspomnianego standardu, do systemów AOI i chcąc przeprowadzić proces inspekcji zgodnie ze wskazaniami IPC, należy rozważyć kilka aspektów. Błędy produkcyjne w procesie zautomatyzowanego montażu oraz lutowania są czymś nieuniknionym. Systemy AOI są coraz częściej stosowane do wykrywania defektów oraz w dalszej kolejności do optymalizacji procesu. Często systemy AOI są plasowane zaraz za etapem reflow, ponieważ kontrola właśnie po tym etapie reprezentuje największy potencjał poprawy jakości. Powtarzającym się kluczowym tematem dyskusji jest odpowiednie zdefiniowanie kryteriów akceptowalności błędów montażu dla systemu AOI, wpływające na liczbę zgłaszanych przez system defektów (kwestia pseudo-defektów). Kluczową kwestią, zamykającą dalsze dyskusje na ten temat, jest stosowanie konkretnych definicji, jakiego typu defekty mają być wykrywane i które z nich stanowią błędy kluczowe. Z pomocą przychodzi standard IPC-A-610D (IPC): ‘zestawienie wytycznych, dotyczących akceptowalności błędów, wykrywanych w procesie wizualnej kontroli jakości dla procesów montażu elektronicznego’ (IPC, 1.1 Overview), który to dokument stanowi odpowiedni punkt odniesienia. Wytyczne IPC stanowią jedynie bazę w procesie ustalania parametrów inspekcji: ‘zakres inspekcji, jej głębokość i inne parametry powinny być zdefiniowane według IPC-A-610D (Klasa 3).’ Treść standardu IPC, skupiająca się na kontroli po etapie reflow, sugeruje, iż ów standard odnosi się wyłącznie do warunków montażu w procesie lutowania. Mając powyższe na uwadze, materiał omawia możliwości stosowania standardu IPC-A-610D w systemach AOI po procesie reflow. IPC-A-610D Jak już wspomniano wcześniej, standard IPC-A-610D (IPC) stanowi ‘zestawienie wytycznych, dotyczących akceptowalności błędów, wykrywanych w procesie wizualnej kontroli jakości dla procesów montażu elektronicznego’. Standard wyróżnia trzy klasy montażu elektronicznego, charakteryzujące się własnymi, specyficznymi kryteriami (IPC, 1.4.1 Klasyfikacja): Klasa 1 – Produkty Elektroniczne Ogólnego Przeznaczenia (General Electronic Products) Klasa 2 – Dedykowane Produkty Elektroniczne (Dedicated Service Electronic Products) Klasa 3 – Produkty Elektroniczne o Podwyższonej Niezawodności (High Performance Electronic Products). Kryteria dla każdej z tych klas przedstawiono w czterech krokach (IPC, 1.4.2 Kryteria akceptowalności): · Cel (stan idealny, cel) · Kryteria akceptowalne (tj. dopuszczalne) · Defekty (tj. niedopuszczalne) · Kryteria Kontroli Procesu (Process Indicator Condition) Stan idealny (=cel) nie zawsze może być osiągnięty, tak więc osiągnięcie poziomu kryteriów akceptowalnych jest wystarczające. Kryteria ‘kontroli procesu’ stanowią specjalną kategorię warunków: nie stanowią defektu, jednak nie w pełni spełniają warunki kryteriów akceptowalnych. W przypadku zaobserwowania w procesie wzrostu wartości kryteriów ‘kontroli procesu’, cały proces powinien być poddany analizie celem jego optymalizacji. Eksperci w różny sposób odnoszą się do Klasy 4 montażu, uważając jej wprowadzenie za sprawę dyskusyjną: szkic standardu IPC-A-610E (datowany na czerwiec 2009) wciąż wymienia jedynie trzy klasy. Generalne kryteria dla połączeń lutowanych omówione są w rozdziale 5 wspomnianego standardu. Rozdział 8 omawia proces montażu powierzchniowego, natomiast punkt 8.2. został poświęcony szczegółowym zagadnieniom połączeń lutowanych w procesie SMT. Kryteria akceptowalne zostały zilustrowane w bardzo jasny sposób, co można omówić na przykładzie komponentu typu chip. Ze względu na ograniczenia długości materiału, jako przykład opisujemy kryteria 8.2.2.3: Rysunek 1: IPC-A-610D, 8-20: Szerokość połączenia/nieprawidłowe położenie (chip). Rysunek 1 opisuje dopuszczalne widełki szerokości połączenie dla Klasy 3: ‘Całkowita szerokość połączenia lutowniczego (C) stanowi nie mniej niż 75% szerokości płaszczyzny połączeniowej komponentu (W) lub szerokości samego lutowia (P), w zależności od tego, która z tych wartości jest mniejsza’. Należy podkreślić, iż IPC-A-610D opisuje kryteria i standardy dla inspekcji wizualnej (IPC, 1.2 Cel): ‘Technologia automatycznej inspekcji wizualnej (Automatic Optical Inspection, AOI) stanowi praktyczną alternatywę dla kontroli wizualnej’ (IPC, 1.6 Metodologia Inspekcji). Oznacza to, iż pierwotnie ów standard IPC był pomyślany dla inspekcji wizualnej, prowadzonej przez człowieka. Aplikowalność kryteriów dla technologii AOI Powyższe stwierdzenie rodzi pytanie, w jakim zakresie kryteria akceptowalności mogą być bezpośrednio aplikowane dla technologii AOI. W wielu przypadkach, idealnym rozwiązaniem jest zaadaptowanie wymiarów, podanych jako kryteria akceptowalne w standardzie, jako wartości progowych w urządzeniu AOI. Jako że AOI dokonuje analizy geometrycznych proporcji połączenia, porównanie z wprowadzonymi wartościami progowymi może być bazą pomiarów. Jednakże, jeden aspekt wymaga szczególnej analizy. Jak wyjaśniono powyżej, standard IPC został pomyślany jako wytyczne dla inspekcji wizualnej, przeprowadzanej przez człowieka. Z tego też względu, wartości progowe zostały określone ‘zgrubnie’, tak jak owe 25% w opisywanym przypadku oceny montażu chip’u. Pozwala to na subiektywne porównanie schematycznego opisu z faktycznie wykonanym montażem oraz jakościową ocenę cech widzialnych: bardziej dokładne stopnie oceny nie mogłyby zafunkcjonować. Co więcej, nie wszystkie wymiary zostały opisane w wartościach progowych, tak jak ma to miejsce w przypadku opisu długości połączenie lutowniczego D w cylindrycznie zakończonych połączeniach (Melfs). Znajdujemy tutaj opis ‘Wizualnie dobre zwilżenie (Visually good wetting)’ (8.2.3.4). Niektóre komponenty, jak na przykład QFN/MLFs (Tabela 8-13 zamieszczona w Instrukcji), zostały opatrzone nawet jeszcze bardziej lakonicznym opisem. Rysunek 2: IPC-A-610D, 8-50: Długość połączenie lutowniczego Melf Rysunek.3: IPC-A-610D, 8-51, Połączenie lutownicze Melf Kolejnym przykładem jest postępowanie w przypadku ‘warunków łączonych’. Termin ten odnosi się do jednoczesnego wystąpienia odchyleń dla co najmniej dwóch parametrów. Kryteria akceptowalności IPC są zdefiniowane osobno dla każdej z cech połączenia, a mnogość możliwych kombinacji uniemożliwia stworzenie kompletnej definicji (IPC, 1.4.2.5). W przypadku gdy odchylenia pojawiają się jednocześnie – przykładowo niewystarczająca ilość pasty w połączeniu z przesunięciem się komponentu – możemy mieć do czynienia z błędem, nawet jeśli wartości progowe dla każdego z parametru mieszczą się w granicach ich osobnych tolerancji. Tego typu błędy mogą być wykryte w trakcie inspekcji wizualnej, wykonywanej przez człowieka, co wskazuje, iż czynnik ludzki stanowi krytyczny element w implementacji zasad IPC. Powyższe rozważania jasno wskazują, iż prosty transfer wartości progowych z Instrukcji IPC do technologii AOI nie jest wystarczający. Standard IPC stanowi jedynie pomocne narzędzie i nie zwalnia producenta elektroniki (ani producenta systemu AOI!) z odpowiedzialności za realną jakość końcowego produktu. Koncepcja adaptacji IPC-A-610D do technologii AOI Koncepcja Viscom zastosowania standardu IPC-A-610D do technologii AOI zachowuje pierwotne intencje twórców tej normy. U podstaw leży podejście, polegające na wykorzystaniu IPC do końcowej weryfikacji rezultatów inspekcji, dokonywanej na stanowisku klasyfikacyjnym na podstawie danych przesłanych z AOI. Poniższy rysunek ukazuje nasze podejście: Rysunek 4: Koncepcja zastosowania IPC w systemach AOI Viscom. AOI dostarcza rezultaty inspekcji w formie danych graficznych na stanowisko klasyfikacyjne. Generalnie, stosuje się strategię ‘zero-escape’, co oznacza iż wykryciu ulegną wszystkie defekty (1). Jednak w praktyce niektóre błędy mogą zostać niewykryte, zwłaszcza w przypadkach kiedy wcześniej nie przewidywano pojawienia się nowych warunków. Dobry sprzęt AOI powinien zapewniać odpowiednie możliwości technologiczne i metodologiczne, aby w tego typu przypadkach zapobiegać powtórnemu ‘umykaniu’ błędów. Kryteria IPC powinny być brane pod uwagę przez wysokokwalifikowany, obeznany z normami IPC personel w czasie klasyfikacji rezultatów inspekcji i oceny końcowej (2). Aby zapewnić wymagany poziom wiedzy, pracownicy powinni podlegać regularnym szkoleniom na bazie niesklasyfikowanych jeszcze obrazów z AOI, aby zapewnić wysoką jakość końcowej oceny. Oprogramowanie dodaje sklasyfikowane obrazy z AOI do zbioru przykładowych defektów. Umożliwia to stworzenie wartościowej bazy porównawczej, zawierającej przykłady dobrych i złych montaży (3). Bazując na 25 latach doświadczeń w branży AOI, Viscom dostarcza początkową bazę weryfikacyjną, która automatycznie uzupełniana jest przez klienta w trakcie użytkowania maszyny. Sprzęt AOI otrzymuje również informację zwrotną z etapu weryfikacji, która wzbogaca z kolei bazę AOI służącą samej inspekcji (4, 5). Odpowiednie oprogramowanie służy do automatycznej weryfikacji, czy obecne ustawienia parametrów oraz wartości progowych umożliwiają właściwą ewaluację wszystkich wzorców, zawartych w bazie danych (klasyfikowanie rezultatów) . Rysunek 5: Klasyfikowanie rezultatów w procesie zintegrowanej weryfikacji. Weryfikacja tego typu umożliwia również stworzenie dokumentów, niepodważalnie wskazujących na fakt przeprowadzenia inspekcji zgodnej z IPS i realizacji strategii ‘zero defect’, co jest niezbędnym czynnikiem w czasie audytów. Podsumowanie IPC-A-610D jest dobrze znanym i cennym narzędziem dla inspekcji wizualnej montażu elektronicznego, dokonywanej przez człowieka. Elastyczna koncepcja implementacji IPS do systemu AOI, taka jak przykładowo idea Integrated Verification firmy Viscom, jest niezbędna, aby w pełni wykorzystać możliwości nowoczesnych urządzeń AOI. Założenie, iż aby zapewnić realizację strategii ‘zero escape’, wystarczy jedynie wprowadzić zaczerpnięte z IPC wartości progowe i porównać je z geometrycznymi proporcjami, jest błędne. Idea Integrated Verification zapewnia tworzenie wizualnej bazy odpowiednio sklasyfikowanych danych, będącej podstawą procesu przeglądu wyników inspekcji i uwzględniającej wszelkie indywidualne kryteria. Odpowiednie oprogramowanie, pracujące w trybie automatycznym czy offline’owym jest niezbędne, aby w pełnym stopniu móc skorzystać z baz danych, tworzonych według wytycznych IPC. Bez dodatkowych nakładów czasu, biblioteka systemu AOI zapewni zarówno przeprowadzenie inspekcji według standardów IPC, jak i realizację strategii ‘zero-escape’. Ze względu na fakt, iż standardy IPC dotyczą również kryteriów, nie mogących być przedmiotem inspekcji wizyjnej, opisywana koncepcja może być również stosowana dla inspekcji X-ray. Autor: Peter Krippner, Vice President Assembly Inspection, Viscom AG