Inspeção Avançada por Raio-X para Placas de Circuito de Alta Precisão

Na indústria de placas de circuito, um número crescente de peças e placas está se mostrando difícil de inspecionar com inspeção óptica automatizada (AOI) porque a solda é invisível. Além disso, requisitos de alta qualidade como resistência de união da indústria automobilística e inspeção de superfície total da solda estão aumentando. Para atender a estas necessidades, a Omron introduziu nova tecnologia para realizar inspeções dentro do tempo de ciclo inline requerido (a taxa na qual um produto deve ser completado para atender à demanda do cliente). Este tem sido um dos requisitos mais desafiadores para equipamentos de inspeção automática por tomografia computadorizada (CT) de raio-X. Para tecnologia de imagem contínua, controle de posicionamento altamente preciso e detecção de imagem de alta velocidade são necessários.

O Caso para um Novo Método de Inspeção

Nos últimos anos, avanços tecnológicos notáveis foram feitos em veículos elétricos (EVs), sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS) e até direção automatizada. Para o mundo de montagem de placas de circuito, isso significa uma mudança para maior densificação, enquanto um número crescente de peças e PCBs têm juntas de solda visualmente inacessíveis que causam dificuldades na inspeção visual. Exemplos típicos incluem chips sem filete e ball grid arrays (BGAs) com juntas de solda dispostas na parte inferior do encapsulamento.

A indústria automobilística impõe requisitos de garantia de qualidade particularmente rigorosos para proteger consumidores, e fornecedores são frequentemente obrigados a realizar inspeções inline de superfície total de placas de circuito (em vez de inspeções por amostragem) e medir formas de solda e inspecionar até resistência de união. Agravando isso está o problema de escassez de trabalhadores de linha, que é parcialmente responsável pelo rápido aumento atual na demanda por inspeções automatizadas de alta precisão e alta qualidade.

Portanto, eventos na indústria de montagem como problemas de qualidade de placas de circuito e paradas de linha de produção podem representar sérios riscos para clientes. Um vazamento de placas de circuito defeituosas levaria imediatamente a uma crise que poderia ameaçar a segurança de pessoas e sociedade. Por esta razão, é mais importante do que nunca fornecer um mecanismo que impeça qualquer vazamento de placas de circuito defeituosas para o mercado.

Em resposta a estas tendências, a Omron desenvolveu seu sistema AXI (inspeção automatizada por raio-X), que se tornou amplamente usado em linhas de produção de tecnologia de montagem em superfície (SMT) graças à sua capacidade de inspecionar itens visualmente inacessíveis como juntas de solda na parte inferior de peças. Devido ao problema com tempo de ciclo, no entanto, um modelo convencional tem sido usado principalmente para inspeções por amostragem offline ou para inspeções inline apenas de peças-chave.

Este artigo apresenta um esboço das tecnologias empregadas para o sistema de inspeção automatizada inline por tomografia computadorizada de raio-X da série VT-X750 (Figura 1) para melhorar este problema e alcançar velocidades suficientes para uso inline em processos de montagem de placas de circuito automotivas, permitindo assim garantia de qualidade de placas de circuito em grandes quantidades.

Alcançando Alta Qualidade de Imagem com AXI Baseado em CT

Os principais tipos de métodos de imagem diagnóstica baseados em raio-X incluem raio-X bidimensional (2D), tomossíntese e tomografia computadorizada. O método de raio-X 2D é usado para obter uma imagem por disparo com uma fonte de raio-X, uma peça de trabalho e uma câmera de raio-X dispostas verticalmente (Figura 2). A imagem projetada por este método é registrada como dados bidimensionais. Embora capaz de aquisição de imagem em tempo mais curto, este método é inferior aos outros métodos em termos de qualidade de imagem porque a quantidade de dados que ele lida é pequena.

O método de tomossíntese é usado para obter um certo número de imagens de uma peça de trabalho em uma posição relativa a uma fonte de raio-X ou câmera de raio-X dentro de um intervalo angular limitado. Este método permite a aquisição de imagens tomográficas com as alturas desejadas destacadas (Figura 3). Embora seja mais demorado que o método de raio-X 2D, a tomossíntese permite aquisição de imagem mais rápida que o método CT e é superior ao método de raio-X 2D em termos de qualidade de imagem. Deve-se notar que se imagens tomográficas forem capturadas a uma distância suficientemente longe da posição de foco da fonte de raio-X ou câmera, elas tendem a ser mais borradas que imagens CT.

O método CT é usado para obter um número de imagens de uma peça de trabalho em uma posição relativa a uma fonte de raio-X ou câmera durante uma rotação de 360 graus e reconstruí-las em dados tridimensionais (3D). Este método lida com um volume maior de dados que os outros métodos e portanto fornece a melhor qualidade de imagem. Sua força é que permite a extração e uso não apenas de dados de direção planar horizontal, mas também dados de direção de altura dos dados 3D reestruturados. Mesmo quando capturados longe da posição de foco da fonte de raio-X ou da câmera de raio-X, uma imagem tomográfica usando este método terá qualidade de imagem clara, com baixo desfoque. Por outro lado, este método leva mais tempo para aquisição de imagem e geralmente entrega dose mais alta à peça de trabalho.

A Solução AXI

A Omron adotou um novo método de inspeção que pode identificar os pontos desejados em dados 3D e realizar diagnóstico baseado em imagem para inspecionar com precisão a forma de cada superfície de junta de solda. A solução AXI da Omron aproveita o método CT e permite inspeções de alta precisão livres de restrições da parte inferior da placa de circuito. Seus principais componentes técnicos consistem em hardware capaz de detecção segura de alta precisão, junto com software que permite controle de alta velocidade com excelente responsividade.

O hardware consiste amplamente em componentes mecânicos, elétricos e de imagem. Portanto, os parâmetros de design — como segurança eletromecânica, blindagem, precisão de movimento de eixo, responsividade de controle, qualidade de imagem e taxa de imagem — desempenham papel importante no desempenho do sistema. A parte de software do sistema consiste em otimizador de montagem para correções de diferença de máquina, aplicação principal para desenvolvimento de programa de inspeção, processo de reconstrução para transformar imagens capturadas em dados 3D, e algoritmo usado para realizar inspeções dos dados 3D obtidos. Estes componentes técnicos estão relacionados entre si de maneira complexa e devem trabalhar juntos perfeitamente dentro de cada módulo de função para inspeções de alta precisão e alta velocidade. Isso é particularmente importante para aquisição de imagem CT de alta qualidade, que é o núcleo desta tecnologia e fornece o desempenho básico dos dispositivos de imagem, design e controle de geometria de alta precisão, e processamento robusto de correção e algoritmos de inspeção.

As seções a seguir examinam cada uma destas capacidades.

1. Desempenho Básico dos Dispositivos de Imagem (FPD e Raio-X .