Geavanceerde Röntgeninspectie voor high-precisie printplaten

In de printplaatindustrie zijn een toenemend aantal onderdelen en printplaten moeilijk te inspecteren met geautomatiseerde optische inspectie (AOI) omdat het soldeer onzichtbaar is. Bovendien nemen high-kwaliteitseisen toe zoals hechtsterkte van de auto-industrie en volledige oppervlakte-inspectie van het soldeer. Om aan deze behoeften tegemoet te komen, heeft Omron nieuwe technologie geïntroduceerd voor het uitvoeren van inspecties binnen de vereiste inline takt-time (de snelheid waarmee een product voltooid moet zijn om klantvraag te voldoen). Dit is een van de meest uitdagende eisen voor computed tomography (CT) Röntgen-automatische inspectieapparatuur. Voor continuous imaging-technologie zijn hoog-nauwkeurige positioneringscontrole en high-speed beeldopname vereist.

Het Voorbeeld voor een Nieuwe Inspectiemethode

In de afgelopen jaren zijn opmerkelijke technologische vooruitgang geboekt in elektrische voertuigen (EVs), geavanceerde bestuurdersassistentiesystemen (ADAS) en zelfs geautomatiseerd rijden. Voor de wereld van printplaatmontage betekent dit een beweging naar verdere verdichting, terwijl een toenemend aantal onderdelen en PCB's visueel onbereikbare gesoldeerde verbindingen hebben die moeilijkheden veroorzaken bij visuele inspectie. Typische voorbeelden hiervan zijn fillet-loze chips en ball grid arrays (BGAs) met soldeerverbindingen op de onderzijde van het pakket.

De auto-industrie stelt bijzondere stringente kwaliteitsborgingseisen om consumenten te beschermen, en leveranciers worden vaak verplicht inline full-surface printplaatinspecties uit te voeren (in plaats van steekproefinspecties) en soldeervormen te meten en te inspecteren tot hechtsterkte. Dit verergerd door het probleem van lijnwerkers-tekorten, wat deels verantwoordelijk is voor de huidige snelle toename in vraag naar high-precisie, high-kwaliteit geautomatiseerde inspecties.

Daarom kunnen gebeurtenissen in de montagesector zoals printplaatkwaliteitsproblemen en productielijnstoppingen ernstige risico's voor klanten poseren. Een uittreding van defecte printplaten zou direct leiden tot een crisis die de veiligheid van mensen en samenleving kan bedreigen. Om deze reden is het belangrijker dan ooit om een mechanisme te bieden dat elke uittreding van defecte printplaten naar de markt voorkomt.

In reactie op deze trends heeft Omron zijn AXI (geautomatiseerde Röntgeninspectie) systeem ontwikkeld, dat wijd gebruikt is in surface mount technology (SMT) productielijnen dankzij zijn vermogen om visueel onbereikbare items te inspecteren zoals soldeerverbindingen op de onderzijde van onderdelen. Vanwege het takt-time probleem is een conventioneel model echter voornamelijk gebruikt voor offline steekproefinspecties of voor inline inspecties van sleutelonderdelen alleen.

Dit artikel presenteert een overzicht van de technologieën die gebruikt worden voor de VT-X750 Series geautomatiseerde inline CT Röntgeninspectiesysteem (Figuur 1) om dit probleem te verbeteren en snelheden te bereiken voldoende voor inline gebruik in auto-printplaatmontageprocessen, waardoor kwaliteitsborging van printplaten in grote hoeveelheden mogelijk wordt.

Hoge Beeldkwaliteit Bereiken met CT-gebaseerde AXI

De hoofdtypen Röntgen-gebaseerde diagnostische imaging-methoden omvatten twee-dimensionale (2D) Röntgen, tomosynthese, en computed tomography. De 2D Röntgen-methode wordt gebruikt om één beeld per opname te verkrijgen met een Röntgenbron, een werkstuk, en een Röntgencamera verticaal gerangschikt (Figuur 2). Het door deze methode geprojecteerde beeld wordt opgeslagen als twee-dimensionale data. Hoewel capabel van beeldverwerving in een kortere tijd, is deze methode inferior aan de andere methoden in termen van beeldkwaliteit omdat de hoeveelheid data die het verwerkt klein is.

De tomosynthese-methode wordt gebruikt om een bepaald aantal beelden van een werkstuk in een relatieve positie ten opzichte van een Röntgenbron of Röntgencamera binnen een beperkt hoekbereik te verkrijgen. Deze methode stelt in staat om tomografische beelden te verkrijgen met de gewenste hoogtes benadrukt (Figuur 3). Hoewel het tijdrovender is dan de 2D Röntgen-methode, stelt tomosynthese snellere beeldverwerving in dan de CT-methode en is het superieur aan de 2D Röntgen-methode in termen van beeldkwaliteit. Het moet worden opgemerkt dat als tomografische beelden op voldoende afstand van de focuspositie van de Röntgenbron of camera worden gemaakt, ze neigen ertoe vervager te zijn dan CT-beelden.

De CT-methode wordt gebruikt om een aantal beelden van een werkstuk in een relatieve positie ten opzichte van een Röntgenbron of camera tijdens een 360-graden rotatie te verkrijgen en ze te reconstrueren in drie-dimensionale (3D) data. Deze methode verwerkt een groter volume data dan de andere methoden en biedt daarom de beste beeldkwaliteit. De kracht is dat het de extractie en het gebruik van niet alleen horizontale vlakke richtingsdata, maar ook hoogterichtingsdata uit de gereconstrueerde 3D-data mogelijk maakt. Zelfs wanneer op grote afstand van de focuspositie van de Röntgenbron of de Röntgencamera opgenomen, zal een tomografisch beeld met deze methode een heldere, lage-blur beeldkwaliteit hebben. Aan de andere kant neemt deze methode meer tijd voor beeldverwerving in en levert meestal een hogere dosis aan het werkstuk.

De AXI-oplossing

Omron heeft een nieuwe inspectiemethode aangenomen die de gewenste punten in 3D-data kan identificeren en beeld-gebaseerde diagnose kan uitvoeren om de vorm van elk soldeerverbindingsoppervlak nauwkeurig te inspecteren. De Omron AXI-oplossing benut de CT-methode en stelt high-precisie inspecties in die vrij zijn van printplaat-onderzijdebeperkingen. De belangrijkste technische componenten bestaan uit hardware die capabel is van veilige, high-precisie sensing, samen met software die high-speed controle met uitstekende responsiviteit toestaat.

De hardware bestaat grotendeels uit mechanische, elektrische, en imaging-componenten. Daarom spelen de ontwerpparameters — zoals electromechanische veiligheid, afscherming, as-bewegingsnauwkeurigheid, controle-responsiviteit, beeldkwaliteit, en imaging-snelheid — een belangrijke rol in het waarborgen van systeemprestaties. Het softwaredeel van het systeem bestaat uit assembly optimizer voor machine-verschilcorrecties, een hoofdaapplicatie voor inspectieprogramma-ontwikkeling, een reconstructieproces voor het omzetten van vastgelegde beelden in 3D-data, en een algoritme gebruikt om de inspecties van de verkregen 3D-data uit te voeren. Deze technische componenten zijn op een complexe manier met elkaar gerelateerd en moeten naadloos samenwerken binnen elke functiemodule voor high-precisie, high-speed inspecties. Dit is met name belangrijk voor high-kwaliteit CT-beeldverwerving, wat de kern is van deze technologie en de basisprestaties van de imaging-apparaten, high-precisie geometrie-ontwerp en -controle, en robuuste correctieverwerking en inspectie-algoritmes biedt.

De volgende secties bekijken elk van deze mogelijkheden.

1. Basisprestaties van Imaging Apparaten (FPD en Röntgen.