reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Anthony Bolan / Dreamstime Technologie | 29 czerwca 2012

Poprawa procesu drukowania pasty

Poprawa procesu drukowania pasty poprzez fazowe przesuni臋cie interferencyjne - nowa technologia pomiarowa pozwala na wysoki stopie艅 weryfikacji b艂臋d贸w.
Ju偶 od dawna wiadomym jest, 偶e w procesie lutowania SMT pasta zosta艂a uznana za g艂贸wne 藕r贸d艂o wad monta偶owych. Sam proces jest enigmatyczny 鈥 jest to po艂膮czenie sztuki i nauki i zdecydowanie nie mo偶na nazwa膰 go prostym. Podczas ewaluacji technologii monta偶u powierzchniowego pr贸bowano wymy艣li膰 przer贸偶ne narz臋dzia, kt贸re mia艂y s艂u偶y膰 do kontroli pasty. Urz膮dzenia te bazowa艂y na najnowszych osi膮gni臋ciach w dziedzinie optyki, wykorzystywa艂y lasery i skomplikowane systemy wizyjne. Niestety podczas d膮偶enia do ci膮g艂ej miniaturyzacji element贸w czego艣 zabrak艂o stosowanym urz膮dzeniom 鈥 dok艂adno艣ci, czasu taktu lub obu naraz. Mo偶liwo艣膰 rozpoznawania depozyt贸w 0,010掳 na tyle dobrze, aby powierzy膰 jako艣膰 naszej produkcji i na tyle szybko, aby spe艂ni膰 wymagania i nie op贸藕ni膰 produkcji sta艂 si臋 艢wi臋tym Grallem automatycznej inspekcji pasty. Jak to dzia艂a? To w艂a艣nie wtedy badania nad interferometri膮 i przesuni臋ciami fazowymi zaowocowa艂y stworzeniem nowej technologii kontroli pasty i zmieni艂 spos贸b jej postrzegania. Jak to dzia艂a? Prosta zasada fizyki 鈥 wyobra藕 sobie s艂o艅ce 艣wiec膮ce przez 偶aluzje. Promienie s艂oneczne tworz膮 wz贸r pas贸w, na przemian jasne i ciemne. Te paski pojawiaj膮 si臋 prosto na p艂askich powierzchniach, takich jak pod艂ogi, sto艂y, ale wydaj膮 si臋 odbiega膰 gdy krzy偶uj膮 si臋 z meblami i zmieniaj膮 spos贸b ich postrzegania 鈥 zostaj膮 przesuni臋te tworz膮c p艂ask膮 topografi臋.
Rysunek 1. Wz贸r Moir茅 漏 PB Technik Rysunek 2. Diagram przesuni臋cia interferencyjnego 漏 PB Technik
Ilo艣膰 postrzeganych zygzak贸w zale偶y od wysoko艣ci obiektu oraz wzgl臋dnie od k膮ta obserwacji i 藕r贸d艂a 艣wiat艂a. Podejmuj膮c kilka pomiar贸w w znanych odst臋pach czasu, wysoko艣膰 z powierzchni mo偶na obliczy膰 matematycznie. Na przemian jasne i ciemne paski s膮 znane jako wz贸r Moir茅 (Rysunek 1), a metoda pomiaru w znanych odst臋pach czasu nazywana jest interferencyjnym przesuni臋ciem fazowym (Rysunek 2) System inspekcji firmy Koh Young wykorzystuje opatentowan膮 metod臋 zastosowania przesuni臋cia interferencyjnego do pomiaru depozyt贸w pasty lutowniczej. System dzieli ka偶dy depozyt na malutkie cz臋艣ci jak np. 10渭m i mierzy lokalizacj臋 oraz wysoko艣膰 ka偶dego segmentu (Rys. 3). Nast臋pnie system oblicza obj臋to艣膰 poszczeg贸lnych segment贸w i tworzy model 3-D ca艂ego depozytu pasty (Rys. 4). Model pomiaru obj臋to艣ci, wysoko艣ci i lokalizacji obszaru zostaje zapisany i por贸wnany z idealnym przyk艂adem. Modelowanie jest niezwykle dok艂adne i wykazuje powtarzalno艣膰 i odtwarzalno艣膰 z r贸偶nicami nie mniejszymi ni偶 10%. Przyk艂adem mo偶e by膰 firma Victor Corporation, producent komponent贸w dla elektrowni, obecne u偶ywaj膮cy sprz臋tu Koh Young w celu kontroli prototyp贸w i linii produkcyjnych.
Rys. 3 Elementy depozytu pasty lutowniczej mierzone za pomoc膮 przesuni臋cia fazowego. 漏 PBTechnik Rys. 4 Model 3D mierzonego depozytu 鈥 wygenerowane przez komputer. 漏 PBTechnik
Produkowane przez nich pakiety zawieraj膮 jedne z najmniejszych i najbardziej z艂o偶onych pakiet贸w SMT: elementy u艂o偶one na obszarze 0,5 mm, elementy QFN i SOT 883s oraz pasywne 0201. P艂ytki s膮 produkowane w panelach od 10 do 20 rz臋d贸w, wzgl臋dna ilo艣膰 depozyt贸w pasty przekracza 10 000, wi臋kszo艣膰 z nich jest mniejsza ni偶 0.012`` - oczywi艣cie taki proces nie jest niemo偶liwy, ale z pewno艣ci膮 stanowi nie lada wyzwanie. Ray Whittier, starszy in偶ynier procesu jest odpowiedzialny za przeprowadzenie kontroli. U偶ywa do tego technologii przesuni臋cia fazowego zar贸wno online jak i offline. Zarz膮dzanie procesem online obejmuje wydruki bada艅 przesiewowych pod k膮tem jako艣ci i optymalizacji przepustowo艣ci. Analiza Offline obejmuje szablon kwalifikacji i weryfikacji pasty lutowniczej oraz dob贸r jej parametr贸w. Najlepszym miejscem, aby rozpocz膮膰 wdro偶enie technologii jest produkcja. Rozpoczyna si臋 od zaprogramowania naszej p艂ytki, co zajmuje oko艂o 10 min. Komputer systemowy stworzy dla na wirtualn膮 鈥瀏olden board鈥, do kt贸rej b臋d膮 por贸wnywane bie偶膮ce produkty. System na podstawie pliku Gerber, zawieraj膮cego wszystkie informacje o aperturach, tworzy wzorcow膮, teoretyczn膮 p艂ytk臋 goden board, 艂膮cznie z wysoko艣ci膮 depozytu pasty, wyliczon膮 na podstawie grubo艣ci szablonu. W programie mo偶na zdefiniowa膰 ilo艣膰 parametr贸w inspekcyjnych zawieraj膮cych dopuszczalne wariacje. Typowym parametrem startowym jest minimum 50% i 150% maksimum wysoko艣ci szablonu, kalkulacji obj臋to艣ci i 50% przesuni臋cia pomi臋dzy 艣rodkami pasty i padu. W celu inspekcji jako艣ci drukowania, system skanuje nadrukowane p艂ytki i tworzy dodatkowy model. Oko艂o 20 sekund zajmuje odczyt ponad 10 000 depozyt贸w, stworzenia modeli i por贸wnania obj臋to艣ci i lokacji mierzonych depozyt贸w. Je偶eli wszystkie depozyty b臋d膮 zgodne z za艂o偶onymi kryteriami system przyst膮pi automatycznie do kontroli kolejnej p艂ytki. Jednak偶e w przypadku wyst膮pienia depozyt贸w nie spe艂niaj膮cych za艂o偶one kryteria system zapisze b艂膮d i poinformuje operatora o znalezionych problemach. Przyczyn膮 wstrzymania kontroli nie musi by膰 koniecznie niedob贸r pasty lub s艂aba jako艣膰 nadruku 鈥 mo偶e to by膰 wskazanie zbyt du偶ej liczby zmian parametr贸w na p艂ytkach takich jak rozmiary obwod贸w, lokalizacja i rozmiar pad贸w, zmiany w solder-masce. Podsumowuj膮c, inspekcja zako艅czona niepowodzeniem mo偶e by膰 spowodowana z艂ym nadrukiem lub te偶 znacznymi zmianami na samej p艂ytce. Aby rozpozna膰 przyczyn臋, operatorzy mog膮 uruchomi膰 test ponownie, resetuj膮c ustawienia p艂aszczyzny i przeprowadzi膰 test ponownie. Je偶eli weryfikacja zako艅czy si臋 sukcesem 鈥 p艂ytka wraca na produkcj臋, je偶eli nie to nadruk zostaje zmyty. Jak du偶o b艂臋d贸w drukowania jest wykrywanych? To zale偶y od kompleksowo艣ci, zr贸偶nicowaniu i r贸偶nic produktu. Rysunek 5 pokazuje odsetek usuwanych nadruk贸w po obu stronach p艂ytki. Mniej skomplikowana dolna strona klasyfikuje si臋 pomi臋dzy 1 a 2 % b艂臋d贸w.
Rysunek 5. Procentowe uj臋cie b艂臋d贸w usuni臋tych z linii produkcyjnej. 漏 PBTechnik
Znacznie bardziej wymagaj膮ca strona g贸rna wynosi oko艂o 6 do 7% b艂臋d贸w dla aktualnej produkcji przy12% skoku w jednym miesi膮cu. Gdyby wszystkie wy艂apane b艂臋dy dosta艂y si臋 na produkcj臋, to prawdopodobnie wygenerowa艂yby niesamowite koszty i powa偶ne b艂臋dy. Odzyskanie BGA i QFN jest kosztowne i ryzykowne, ale mo偶liwe. Niestety polityka niekt贸rych firm nie pozwala na takie rozwi膮zania i w przypadku firmy Vicor 鈥 te zespo艂y s膮 z艂omowane. W takim przypadku niezb臋dne jest wy艂apanie b艂臋d贸w jeszcze zanim powstan膮. Jak wygl膮da sterowanie procesem? Procedury operacyjne s膮 powi膮zane z b艂臋dami. Je偶eli zostanie odnotowane wyst膮pienie kolejno trzech rzeczywistych b艂臋d贸w 鈥 proces jest wstrzymywany i zostaje wezwany zesp贸艂 specjalist贸w w celu znalezienia 藕r贸d艂a problemu. Co ciekawe, procedury nie wymagaj膮 potwierdzenia dobry / z艂y 鈥 rezultat jest oparty tylko i wy艂膮cznie na wskazaniach maszyny. Maszyna jest o wiele dok艂adniejsza od ludzkiego oka i nie ma najmniejszego sensu opiera膰 si臋 w tym przypadku na dodatkowej opinii operatora, dodatkowo wyd艂u偶aj膮c proces i zwi臋kszaj膮c koszty. Jaki jest ko艅cowy wp艂yw na nasz膮 lini臋 produkcyjn膮? Dla firmy Vicor og贸lny zysk wzr贸s艂 o 3% przy wdra偶aniu system贸w 鈥 jest to znaczny i zauwa偶alny impuls. Dodatkowo zredukowano koszty zwi膮zane z utylizacj膮 i strat膮 materia艂贸w. Firma zoptymalizowa艂a te偶 ca艂y proces, co zaowocowa艂o zwi臋kszeniem przepustowo艣ci produkcji, eliminacj膮 b艂臋d贸w drukowania i konieczno艣ci czyszczenia p艂ytek. Dodatkowo wprowadzono ulepszone procedury ustawiania drukarek 鈥 w oparciu o dok艂adn膮 analiz臋 danych z urz膮dzenia SPI, kt贸ra odnosi si臋 do wszystkich element贸w maj膮cych wp艂yw na jako艣膰 nadruku. Jaka jest najwi臋ksza zaleta zdefiniowana przez u偶ytkownik贸w? 鈥 kombinacja szybko艣ci i dok艂adno艣ci. Ka偶dy in偶ynier procesu wie 偶e najwa偶niejsze to znalezienie kompromisu pomi臋dzy tymi dwoma parametrami 鈥 w tym przypadku nie trzeba go szuka膰. Jaka jest ulubiona aplikacja? Oczywi艣cie 鈥瀢eryfikacja szablonu鈥. Dzi臋ki tej aplikacji mo偶emy dopu艣ci膰 szablon do produkcji szybciej i bardziej dok艂adnie ni偶 kiedykolwiek wcze艣niej, zachowuj膮c mo偶liwo艣膰 wychwycenia zmian w szablonie (Rysunek 6).
Rysunek 6. Niew艂a艣ciwie wyci臋ty szablon. 漏 PBTechnik
Nast臋pn膮 aplikacj膮 jest DfM, kt贸ra zapewnia informacj臋 zwrotn膮 dla odpowiednich zespo艂贸w. Za pomoc膮 tej technologii mo偶emy mie膰 pewno艣膰, 偶e zostaniemy zaalarmowani w przypadku potencjalnych problem贸w z drukowaniem, jednocze艣nie zachowuj膮c jeszcze czas aby wprowadzi膰 zmiany w produkcie. R贸wnie偶 aplikacje offline pozwalaj膮 nam na szybk膮 charakteryzacj臋 efektywno艣ci pasty lutowniczej, przygotowanie i analizie kilku scenariuszy drukowania. Wygenerowane dane pozwalaj膮 na zrozumienie wp艂ywu dostawc贸w szablon贸w, producent贸w pasty na jako艣膰 i koszty w naszej produkcji. Wyobra藕cie sobie popraw臋 efektywno艣ci w waszej produkcji o 3% i przeliczcie sami co to mo偶e dla was oznacza膰 鈥 ci臋cie koszt贸w, kontrol臋 kwalifikacji dostawc贸w, wykluczanie b艂臋d贸w ju偶 na etapie badania prototyp贸w, jasne wytyczne dotycz膮ce przegl膮d贸w i konfiguracji waszych maszyn. S膮 firmy, w kt贸rych testowanie wci膮偶 kojarzy si臋 z kosztem, a nie profitem, natomiast problemy s膮 zakopywane przez 艣rodki zaradcze, zamiast bezpo艣rednio usuwane. Pozostaje mie膰 nadziej臋, 偶e rozw贸j globalnej gospodarki wymusi na wszystkich zmian臋 sposobu my艣lenie i b臋dzie korzystny dla wszystkich. Autorem tekstu jest Daniel Trzci艅ski z PB Technik
reklama
reklama
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 22 2019 14:26 V12.2.6-2