Automatisierte optische Inspektion: Fortschritte in der Computer-Vision-Technologie

Von Fouad Sabry

Was ist automatisierte optische Inspektion

Automatisierte optische Inspektion (AOI) ist eine automatisierte visuelle Inspektion der Herstellung von Leiterplatten (PCB), bei der eine Kamera das zu prüfende Gerät autonom scannt sowohl für katastrophale Ausfälle als auch für Qualitätsmängel. Es wird häufig im Herstellungsprozess eingesetzt, da es sich um eine berührungslose Prüfmethode handelt. Es wird in vielen Phasen des Herstellungsprozesses implementiert, einschließlich der Bare-Board-Inspektion, der Lotpasteninspektion (SPI), Pre-Reflow und Post-Reflow sowie anderen Phasen.

Wie Sie wollen Nutzen

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Automatisierte optische Inspektion

Kapitel 2: Leiterplatte

Kapitel 3: Ball Grid Array

Kapitel 4: Oberflächenmontagetechnologie

Kapitel 5: Gerber-Format

Kapitel 6: Reflow Ofen

Kapitel 7: Reflow-Löten

Kapitel 8: Nacharbeit (Elektronik)

Kapitel 9: Lotpaste

Kapitel 10: Selektiv Löten

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zur automatisierten optischen Inspektion.

(III) Beispiele aus der Praxis für den Einsatz der automatisierten optischen Inspektion in vielen Bereichen.

An wen sich dieses Buch richtet

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und diejenigen, die über das Grundwissen oder die Informationen für jede Art der automatischen optischen Inspektion hinausgehen möchten .

 

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 14. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Automatisierte optische Inspektion

Die automatisierte optische Inspektion (AOI) ist eine kamerabasierte Qualitätskontrolle für elektronische Komponenten wie Leiterplatten (PCBs), Flüssigkristallanzeigen (LCDs) und Transistoren (z. B. Kehlgröße oder -form oder Bauteilversatz). Als berührungslose Technik findet es breite Anwendung in der Industrie. Es wird an mehreren Stellen im Produktionsprozess eingesetzt, z. B. bei der Inspektion von Leiterplatten, der Inspektion von Lotpasten (SPI), vor und nach dem Reflow und an anderen Stellen.

Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für Leiterplattenmerkmale, die AOIs überprüfen könnten:

Flächenfehler

Werbetafel

Komponenten-Offset

Polarität der Komponenten

Das Vorhandensein oder Fehlen einer Komponente

Bauteil-Schräglage

Übermäßige Lötstellen

Gespiegelte Komponente

Höhenfehler

Mangel an Klebstoff, der die Leitungen umgibt

Unzureichende Lötstellen

Gehobene Leitungen

Keine Populationstests

Registrierung einfügen

Stark beschädigte Bauteile

Tombstoning

Volumen-Defekte

Falsches Teil

Löt-Überbrückung

Nicht identifizierte Objekte auf dem Brett

Post-Paste-, Pre-Reflow-, Post-Reflow- und Wave-Bereiche sind alles Stellen in den SMT-Linien, an denen AOI angewendet werden kann.

Diese Merkmale können bei einer AOI-Inspektion einer blanken Leiterplatte festgestellt werden:

Verstöße gegen die Linienbreite

Verstoß gegen den Abstand

Überschüssiges Kupfer

Ein wesentlicher Bestandteil des Boards, das Pad, fehlt.

Kurzschlüsse

Goldfinger-Schaden

Schneidet

Ein gebohrtes Loch (via) ist von seinem vorgesehenen Landeplatz abgebrochen.

Montageteile als falsch befunden

Mängelmeldungen können auf verschiedene Weise ausgelöst werden, unter anderem durch vordefinierte Regeln (z.

keine Linien auf der Platine sollten kleiner als 50μ sein) oder CAD-basiert, in dem die Platine lokal mit dem beabsichtigten Design verglichen wird.

Im Vergleich zu herkömmlichen visuellen Untersuchungsmethoden ist diese sehr zuverlässig und wiederholbar.

Der Bedarf an AOI gegenüber In-Circuit-Tests hat in den letzten Jahren aufgrund des Trends zu kleineren Leiterplattendesigns zugenommen.

Folgende Methoden werden auch in der Elektrofertigung eingesetzt, um sicherzustellen, dass Leiterplatten einwandfrei funktionieren:

Röntgenuntersuchung mit Automatisierung (AXI)

Gruppe für koordiniertes Testen (JTAG)

Probieren Sie es in der realen Welt aus (IKT)

Funktionsprüfung

{Ende Kapitel 1}

Kapitel 2: Leiterplatte

Eine Leiterplatte (PCB) oder Printed Wiring Board (PWB) ist eine Sandwichstruktur, die aus leitenden und isolierenden Schichten besteht. Leiterplatten haben zwei komplementäre Rollen. Der erste Schritt besteht darin, elektronische Bauteile an vordefinierten Positionen auf den äußeren Schichten zu löten. Der zweite Schritt besteht darin, zuverlässige elektrische Verbindungen (und auch zuverlässige offene Stromkreise) zwischen den Klemmen des Bauteils auf geregelte Weise bereitzustellen, die als PCB-Design bezeichnet wird. Jede leitfähige Schicht ist mit einem Leiter-Artwork-Muster (ähnlich wie Drähte auf einer ebenen Oberfläche) aufgebaut, das elektrische Verbindungen auf dieser Schicht bietet. Durchkontaktierungen, durchkontaktierte Löcher, die Schichtverbindungen ermöglichen, werden in einem zweiten Herstellungsprozess hinzugefügt.

Leiterplatten unterstützen und verbinden elektronische Komponenten elektrisch unter Verwendung von Leiterbahnen, Ebenen und anderen Merkmalen, die aus einer oder mehreren Kupferblechschichten geätzt wurden, die auf und/oder zwischen Blechschichten eines nicht leitenden Substrats geklebt sind. Komponenten werden auf die Leiterplatte gelötet, um sie elektrisch zu verbinden und mechanisch daran zu befestigen. Fast alle elektronischen Geräte und einige elektrische Produkte, wie z. B. passive Schaltkästen, verwenden Leiterplatten.

Zu den historisch beliebten Alternativen zu Leiterplatten gehören Wire Wrap und Punkt-zu-Punkt-Konstruktion, die beide heute nur noch selten verwendet werden. Das Schaltungslayout auf Leiterplatten erfordert zusätzlichen Designaufwand, aber die Herstellung und Montage kann automatisiert werden. Verfügbare computergestützte Designsoftware kann die meisten Layoutaufgaben übernehmen. Da Komponenten in einem Arbeitsgang installiert und verdrahtet werden, ist die Massenproduktion von Schaltungen mit Leiterplatten billiger und schneller als mit alternativen Verdrahtungsmethoden. Große Stückzahlen von Leiterplatten können gleichzeitig gefertigt werden, und das Layout muss nur einmal erstellt werden. Leiterplatten können auch manuell in kleinen Mengen hergestellt werden, obwohl die Vorteile geringer sind.

Leiterplatten können einseitig (eine Kupferschicht), doppelseitig (zwei Kupferschichten auf beiden Seiten einer Substratschicht) oder mehrschichtig (drei oder mehr Kupferschichten) (äußere und innere Kupferschichten, abwechselnd mit Substratschichten) sein. Schaltungsleiterbahnen auf den inneren Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte ermöglichen eine weitaus höhere Bauteildichte, da sie sonst die Oberfläche zwischen den Bauteilen einnehmen würden. Der Anstieg der Popularität von mehrschichtigen Leiterplatten mit mehr als zwei Kupferebenen und insbesondere mehr als vier fiel mit der Einführung der Oberflächenmontagetechnologie zusammen. Nichtsdestotrotz machen mehrschichtige Leiterplatten die Reparatur, Analyse und Modifikation von Schaltkreisen vor Ort erheblich schwieriger und in der Regel unpraktisch.

Der globale Leiterplattenmarkt überstieg 2014 60,2 Milliarden US-Dollar.

Eine Basisplatine besteht aus einer Isoliermaterialfolie und einer Kupferfolienschicht, die auf das Substrat geklebt ist. Kupfer wird durch chemisches Ätzen in diskrete leitende Linien, die als Leiterbahnen oder Leiterbahnen bezeichnet werden, Pads für Verbindungen, Durchkontaktierungen zum Weiterleiten von Verbindungen zwischen Kupferschichten und Merkmale wie feste leitfähige Patches für die elektromagnetische Abschirmung oder andere Anwendungen unterteilt. Die Leiterbahnen dienen als Fixdrähte und sind durch Luft und das Plattensubstratmaterial voneinander getrennt. Auf der Oberfläche einer Leiterplatte kann sich eine Beschichtung befinden, die das Kupfer vor Korrosion schützt und die Wahrscheinlichkeit von Lötkurzschlüssen zwischen Leiterbahnen und unerwünschtem elektrischem Kontakt mit verirrten blanken Drähten verringert. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Lötkurzschlüsse zu vermeiden, wird die Beschichtung als Lötstopplack oder Lötstoppmaske bezeichnet.

Eine Leiterplatte kann viele Kupferschichten enthalten, die fast immer paarweise gestapelt sind. Die Anzahl der Schichten und die Verbindung zwischen ihnen (Durchkontaktierungen, PTHs) geben eine Annäherung an die Komplexität der Platine. Mehr Schichten bieten mehr Routing-Möglichkeiten und eine bessere Kontrolle der Signalintegrität, sind jedoch zeitaufwändig und teuer in der Herstellung. In ähnlicher Weise ermöglicht die Auswahl der Durchkontaktierungen der Platine die Feinabstimmung der Größe der Platine, das Entweichen von Signalen aus komplexen ICs, das Routing und die langfristige Zuverlässigkeit, hängt jedoch eng mit der Komplexität und den Kosten der Produktion zusammen.

Zweischichtige Platten gehören zu den am einfachsten herzustellenden. Äußere Kupferschichten sind auf beiden Seiten vorhanden; Interne Kupferschichten und Isolierung sind zwischen inneren Kupferschichten auf mehrschichtigen Platinen angeordnet. Vierschichtige Leiterplatten sind die nächste Stufe gegenüber zweischichtigen Leiterplatten. Die vierschichtige Platine verfügt über deutlich mehr Routing-Optionen in den internen Schichten als die zweilagige Platine, und ein Teil der internen Schichten wird häufig als Masse- oder Leistungsebene verwendet, um eine bessere Signalintegrität, höhere Signalfrequenzen, niedrigere EMI und eine verbesserte Entkopplung der Stromversorgung zu erreichen.

Die Drahtleitungen von Durchgangsloch-Komponenten werden nach dem Durchlaufen der Platine mit Leiterbahnen auf der gegenüberliegenden Seite der Platine verbunden. Oberflächenmontierbare Komponenten sind über ihre Leitungen mit Kupferleiterbahnen auf derselben Seite der Platine verbunden. Komponenten auf einer Platine können mit beiden Methoden montiert werden. Leiterplatten mit reinen Durchgangslochkomponenten sind heute ungewöhnlich. Transistoren, Dioden, IC-Chips, Widerstände und Kondensatoren sind oberflächenmontiert. Große Bauteile, wie z.B. Elektrolytkondensatoren und Anschlüsse, können über Durchgangsbohrungen montiert werden.

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