Системы 3D-контроля и их применение

Непрерывный процесс миниатюризации в элек тронике приводит к тому, что допуски на линейные размеры печатных плат и площа­док под компоненты постоянно уменьшаются, а к качеству их поверхностей предъявляются все более жесткие требования. В этих условиях применение традиционных систем для контро­ля качества смонтированных плат становит­ся все более проблематичным. В статье освеще­ны некоторые аспекты применения систем 3D- контроля в производстве электронных изделий.

НЕОБХОДИМОСТЬ КОНТРОЛЯ ОТПЕЧАТКОВ ПАЯЛЬНОЙ ПАСТЫ

Погрешности нанесения паяльной пасты являются основными причинами дефектов, об­наруживаемых в изделиях многих производи­телей на выходе линии сборки. При этом рас­ходы на исправление ошибок монтажа, как и вероятность повреждения платы или кон­структивного элемента при ремонте, суще­ственно растут. Поэтому гораздо выгоднее увеличивать выход годных изделий, предот­вращая возможность возникновения этих де­фектов. Кроме того, из-за низкого качества паяных соединений растут расходы на обслу­живание, как и число отказов изделий в про­цессе эксплуатации. Контроль паяльной пасты может играть большую роль в сокращении числа дефектов монтажа – основной причины отказов изделий.

Обнаружение дефектных отпечатков, воз­никающих в результате неоптимального выбо­ра параметров процесса нанесения паяльной пасты, дает гораздо лучшие результаты, чем применение системы оптического контроля, установленной в конце производственной ли­нии.

ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМ 3D-КОНТТ()ЛЯ

В результате постепенного уменьшения раз­меров компонентов спрос на системы двумер­ного контроля существенно сократился из-за их недостаточной информативности. С их по­мощью можно измерить лишь площадь и ориентацию отпечатка паяльной пасты, основыва­ясь на анализе данных о его цвете и контраст­ности.

Преимуществом системы BD-контроля от­печатков паяльной пасты является то, что с ее помощью можно получать данные об объеме, высоте и площади отпечатка (рис. 1). Кроме того, она устойчиво работает в широком диапа­зоне изменения цвета и контрастности тести­руемых поверхностей.

Рис. 1. Изображение отпечатков паяльной пасты

Одним из свойств паяльной пасты является изменение ее формы при плавлении в па­яльной печи. Поэтому объем паяльной пасты, полученный в результате трехмерного измере­ния отпечатков, – основной параметр, позво­ляющий прогнозировать результат пайки. Не­достаточность объема пасты обычно не может быть определена при контроле функциониро­вания изделий, тем не менее, это может приводить к отказам в процессе эксплуатации. Рас­ходы на устранение дефектов пайки, таких, например, как мостики припоя, возрастают после каждой стадии производственного про­цесса. Если дефекты обнаруживаются на ран­нем этапе производства, то средств на их устра­нение расходуется примерно вдесятеро мень­ше, чем при их выявлении на более поздней стадии. Тщательный контроль объема пасты непосредственно после ее нанесения пред­отвращает возникновение многих дефектов, причем затраты на это минимальны. Повыша­ется качество и надежность изделий, а также уменьшается вероятность отказов, возникаю­щих в процессе эксплуатации из-за некаче­ственной пайки.

СИСТЕМА ЗІЬКОНТТОЛЯ ФИРМЫ ESSEMTEC

В системе BD-контроля Traqu фирмы Essemtec используется запатентованный спо­соб параллельной оптической когерентной то­мографии. Отличием этой системы является то, что в ней луч лазера направлен перпенди­кулярно исследуемой поверхности, что позво­лило устранить эффект затенения, обычно присущий лазерным системам. Для измерения высоты объектов используется тот же способ, что и в интерферометре. Такая технология в течение многих лет используется в медицин­ских исследованиях для измерения площадей и объемов.

Прибор установлен на массивном основа­нии, а перемещение оптической системы по трем координатам обеспечивается прецизион­ными линейными двигателями (рис. 2). Это позволило системе Traqu достичь высокой ско­рости и точности измерения на любых иссле­дуемых поверхностях.

Рис. 2. Система 3D-контроля Traqu

В компактной настольной модели имеется программно управляемая функция автома­тического сканирования исследуемой обла­сти.

Система Traqu изготавливается в Швейца­рии и рассчитана на длительную эксплуата­цию.

Возможности системы Traqu:

• высокоточное измерение толщины и объе­ма нанесенного состава (покрытия, па­яльной пасты, клея и т.д.)
• детальный анализ шероховатости и неплос- костности поверхностей на небольшой пло­щади
• измерение размеров прозрачных материа­лов.

При использовании в таких отраслях, как производство электронных компонентов, фо­тоэлементов, светодиодов, датчиков, топлив­ных элементов и др. система Traqu позволяет быстро получить истинные трехмерные изоб­ражения исследуемых поверхностей. Высокая гибкость системы позволяет с успехом исполь­зовать ее в различных отраслях промышленно­сти для повышения качества выпускаемой продукции.

Области применения системы Traqu

Производство изделий электроники. С уменьшением ширины площадок под вы­воды компонентов гарантировать надеж­ность паяных соединений становится все труднее. Трехмерное измерение профиля пе­чатных плат позволяет повысить точность нанесения паяльной пасты, клея, покрытий или флюса.

Производство полупроводниковых компо­нентов. Миниатюризация компонентов вызы­вает необходимость точной оценки различных параметров, как то: объема наносимых мате­риалов, структуры столбиковых выводов, не­ровности поверхности и др.

Производство светодиодов. Для повыше­ния качества светодиодов необходимо обеспе­чить высокую точность управления процессом осаждения материалов.

Производство изделий из электропровод­ных полимеров. Для снижения производствен­ных затрат при нанесении полимеров необхо­димо внедрение новых способов контроля. Применение системы Traqu облегчает разра­ботку новых технологических процессов и их использование в промышленном производ­стве.

МЭМС-системы. Для проведения исследо­ваний в процессе разработки и производства МЭМС-систем необходимо использовать обору­дование с высокой разрешающей способ­ностью, например, систему Traqu.

Биология. Обеспечивая возможность полу­чения изображений с высоким разрешением, система Traqu может быть использована для исследования биологических образцов.

Технические характеристики системы Traqu

• Измеряемые параметры: высота, объем, площадь, сдвиг.
• Оптическая система:
• 2Э-камера для получения реального изоб­ражения исследуемой поверхности
• запатентованный 3D-сенсор с обработкой сигналов на уровне пикселов
• (до 1 млн 2Э-срезов/с)
• разрешение: по осям X и Y – 2 мкм, по оси Z – 1 мкм (опционно – 20 нм)
• поле зрения 0.6х0.6 мм
• подсветка: сверхъяркий светодиод (Л=800 нм, P=8 мВт), опционно: голубой светодиод для более высокого разрешения.

Параметры режима сканирования:

• по оси Z: диапазон 20 мм, разрешение 100 нм, скорость сканирования до 50 мм/с
• по осям X и Y: поле 300×400 мм, разреше­ние 1 мкм (опционно – 100 нм), скорость сканирования до 100 мм/с.
• Программное обеспечение:
• графический интерфейс пользователя (конфигурирование и управление системой, перемещение вдоль осей X и Y, графическое отображение трехмерного профиля, анализ, обработка и хранение данных, измерения в автоматическом режиме)
• прикладные программы (C++, Python, LabViewx).
• Электропитание: напряжение 100…240 В, частота 50/60 Гц.
• Размеры (ДхШхВ): 470x300x425 мм, мас­са 30 кг.
• Условия эксплуатации: температура 15.25 °C, относительная влажность 50.70%.