Cовременное тестовое оборудование и технологии
Рус Eng

26-08
2020
Оптический контроль - это не только АОИ. Узнайте, как его дополнить. Рецепт 100%-го оптического контроля печатных плат.

Печатная плата – это база (основа) любого современного электронного оборудование.

Неисправности этого узла зачастую приводят к поломкам и другим негативным последствиям, в том числе и на готовых изделиях.

По этой причине к качеству несмонтированных печатных плат и предъявляются очень высокие требования.

Как правило, тестирование «голых» плат включает два вида контроля:

  1. Оптический (или визуальный)
  2. Электрический

Для электрического контроля, традиционно, используются системы с летающими пробниками. Имеющиеся на рынке решения, в целом, схожи по функционалу (кто-то быстрее, кто-то точнее). За исключением некоторых специализированных функций, например, таких как поиск латентных дефектов (запатентованная IBM технология, которая применяется в японских тестерах Microcraft), которые всем недоступны.

С оптическим контролем, дела обстоят сложнее, так как различают два типа:

  1. Автоматическая оптическая инспекция (АОИ)
  2. Автоматическая визуальная инспекция (АВИ)

Применяемые технологии (АОИ и АВИ) аналогичны, но сами алгоритмы работы (обработки изображения), аппаратные узлы и решаемые задачи разные. Давайте рассмотрим их детальнее.


Как работает АОИ

Объект тестирования АОИ - это несмонтированная печатная плата (включая слои и фотошаблоны) до момента нанесения финишного покрытия (защитной маски, золота, олова и прочее), в том числе и гальванической меди.


Рис1. Объект тестирования АОИ

Дефекты, обнаруживаемые АОИ - это различные «нарушения металлизации» печатных проводников (утонения, сколы, трещины, избытки меди и многое другое).


Рис2. Дефекты обнаруживаемые АОИ

Локализация дефектов осуществляется с помощью видеокамеры (как правило, монохромной). Для повышения тестового покрытия иногда применяется цветная (красная или синяя) подсветка диффузного или зеркального типа*.

* Зеркальная подсветка отражает свет под прямым углом Ее недостаток – при контроле деформированного объекта существует вероятность того, что свет не попадет на сенсор видеокамеры и мы не видим дефект. Диффузная подсветка светит под разными углами, что облегчает поступление света на сенсор камеры и, соответственно, значительно повышает вероятность обнаружения неисправности.

Обработка изображения выполняется с образом:


Рис3. Алгоритм обработки изображения на АОИ

Полученное изображение анализируется с помощью гистограммы*.Область с более темными пикселями определяется как текстолит, светлая – медь. Это все что нужно для определения дефектов проводящего рисунка.


* Гистогра́мма (в фотографии) — это график статистического распределения элементов цифрового изображения с различной яркостью, в котором по горизонтальной оси представлена яркость, а по вертикали — относительное число пикселей с конкретным значением яркости.


Чем АВИ отличается от АОИ

При сканировании плат с финишным покрытием получить настолько контрастное изображение уже не получится, так как появляется цвет (причем различного тона). И в случае применения АОИ мы получим 1000-и ложных срабатываний или пропущенные дефекты. Соответственно, использовать АОИ для полноценного контроля дефектов поверхности печатных плат согласно ГОСТ Р 56251-2014 – Нельзя!


Рис4. Объект тестирования АВИ

Для соблюдения всех требований ГОСТ есть два пути:

  1. Дооснастить участок оптического тестирования микроскопами и выполнять часть операций с помощью оператора
  2. Дооснастить участок оптического тестирования системами Автоматической оптической Инспекции (АВИ)

При контроле плат оператором всегда присутствует человеческий фактор – недосмотрел, заболел, не та подсветка, не тот угол обзора. Вероятность пропустить дефект очень высокая.

В случае с АВИ будет работать полностью автоматический инструмент.

А почему для этого нельзя использовать АОИ? Обработка цветного изображения это совсем другое дело, по сути, система должна обладать аналогом человеческого зрения и аналитическим мышлением. При этом гистограмма цветного изображения это множество пикселей, без явных затуханий (как на Ч/Б изображении).


Рис5. Пример гистограммы цветного изображения

Для выполнения качественной АВИ инспекции необходимо разделить тестируемый объект на категории - маска, площадки, BGA площадки, переходные отверстия, легенда и др.


Рис6. Пример обработки изображения на АВИ

Затем подобрать цветовой спектр (красный, синий, зеленый или их попарное сочетание), где каждая категория будет наиболее различима для оптического сенсора системы (подобно Ч/Б изображению на АОИ). Добавив к этому, информацию из САПР (или по эталонной Золотой плате) -запускается сложный алгоритм сопоставления каждого пикселя. При выявлении отличий пикселей друг от друга в каждой категории, система условно помечает это место как дефект. В среднем тестовая программа ориентировочно создается в течении одного часа (при наличии всех данных).

Благодаря технологиям машинного зрения - АВИ позволяют улучшить качество инспекции и находить такие дефекты как:

  • дефекты поверхности (например, заусенцы, выбоины, царапины, выемки, разрывы волокон, обнаженная стеклоткань, пустоты);

  • дефекты под поверхностью (например, посторонние включения, точечная пятнистость, микротрещины, расслоения, розовое кольцо, пустоты в полимерном основании);

  • дефекты в проводящем рисунке (например, отсутствие адгезии, уменьшение ширины или толщины проводника вследствие выбоин, проколов, царапин, дефекты после гальванических операций и нанесения защитных покрытий);

  • дефекты маркировки (например, положение, размер, читаемость, достоверность);

  • дефекты отверстия (например, диаметр, ошибка совмещения, посторонний материал, дефекты после гальванических операций и нанесения защитных покрытий, царапины);

  • дефекты паяльной маски (например, ошибки совмещения, вздутия, пузыри, расслоения, физические повреждения, толщина) и иммерсионного покрытия;

Среди производителей систем АВИ качественно выделяется японская фирма Kurabo.

В отличие от OEM подхода (т.е. изготовление оборудования из готовых серийных компонентов), компания пошла по пути 100% локализации разработки оборудования. Так все узлы системы АВИ BBmaster ( модули обработки изображения, видеокамеры, система подсветок, алгоритмы и программное обеспечениe) это результат кропотливого труда инженеров компании. Благодаря этому получилось достигнуть высоких результатов в области визуальной инспекции и существенному сокращение ложных срабатываний. По последним данным Бенчмарка - системы АВИ BBmaster оказались в среднем в 8 раза умнее ближайших конкурентов.


Рис7. АВИ BBmaster1100 (Kurabo, Япония)

При этом разрешение каждого пикселя достигает 3.3 мкм (недоступный другим производителям уровень) с точностью порядка 0.5 мкм. А инспекция одной стороны платы выполняется за 10 секунд (платы размером 250х330 мм).

Более того, BBmaster позволяет выполнять контроль геометрических размеров элементов платы (например, площадок или обнаруженных дефектов).


В заключение считаем необходимым повторить то, что системы АОИ и АВИ представляют собой схожее по архитектуре оборудование, но они не могут заменить друг друга. У каждой из этих систем свое назначение и точное место в технологическом процессе. Поэтому для обеспечения высокого качества выпускаемой продукции на современном производстве печатных плат ответственного назначения мы рекомендуем следующий набор тестового оборудования:

  1. АОИ
  2. АВИ
  3. Система электрического тестирования с возможностью локализации латентных дефектов
Отправить запрос