С другой стороны, продолжают использоваться стандартные размеры компонентов. В автомобильной промышленности, в частности, крупные компоненты, такие как некоторые типы разъемов, являются основой устойчивых отраслевых стандартов, передаваемых из поколения в поколение. Следовательно, диапазон и разнообразие размеров компонентов, которые должна обрабатывать машина, постоянно увеличивается.
Производство многослойных плат стало более доступным, чем когда-либо, и их использование растет, поскольку разработчики используют все возможные меры для миниатюризации размеров изделий. Компоненты поверхностного монтажа располагаются все дальше друг от друга, что создает дополнительные проблемы с освещением, такие как тени.
Кроме того, по мере увеличения сложности сборки каждая плата содержит все больше элементов, которые необходимо проверять. Для решения этой проблемы алгоритмы контроля могут быть улучшены и оптимизированы, чтобы использовать преимущества производительности, обеспечиваемые новейшими процессорами. Внедрение искусственного интеллекта в эти процессоры — это захватывающее новое направление, которое может значительно улучшить и ускорить обнаружение аномалий.
Кроме того, улучшения, облегчающие использование оборудования автоматического оптического контроля, важны для повышения точности и производительности программ.
Преодоление исторических препятствий
: Для обеспечения высокого качества изображения при уменьшении размеров компонентов важно оптимизировать освещение, разрешение камеры и характеристики объектива. В новейшей системе 3D AOI YRi-V компания Yamaha объединила 12-мегапиксельную камеру с улучшенным объективом 5 мкм (рис. 1), а также объективами 12 мкм и 7 мкм. При высокоскоростном контроле поверхностно-монтируемых узлов объектив высокого разрешения позволяет проверять даже самые мелкие детали, вплоть до размера микросхемы SMD 0201. Он работает в сочетании с новой коаксиальной системой освещения YRi-V, специально разработанной для обнаружения мельчайших дефектов. Этот коаксиальный источник света может быть настроен для использования в автоматизированных процедурах вплоть до уровня одноэтапной проверки, что позволяет YRi-V выявлять дефекты, такие как царапины и трещины, в компонентах, например, в компонентах, инкапсулированных на уровне пластины (WLCSP), имеющих блестящую, отражающую поверхность.
Рисунок 1. Высокоразрешающая линза позволяет четко фиксировать мельчайшие детали.
В дополнение к более высокому разрешению 5-мкм линзы, подсистема обработки изображений была усовершенствована за счет использования графических процессоров (GPU) последнего поколения. Это ускорило время цикла контроля на 60–100%. Совокупный эффект улучшенной линзы и технологии обработки обеспечивает одновременное повышение разрешения контроля и производительности.
Однако меньшие размеры компонентов — это лишь один из аспектов проблем, связанных с новейшими конструкциями печатных плат. Поскольку разработчики плат используют преимущества доступного многослойного производства для размещения большего количества элементов на печатных платах меньшего размера, расстояние между компонентами на поверхности платы увеличивается с каждым последующим поколением продуктов. Хотя
многослойные платы открывают новые захватывающие возможности для разработчиков, они также представляют собой проблему для контроля. В частности, мелкие компоненты, такие как SMD-чипы, могут создавать «слепые зоны» при размещении рядом с более крупными деталями, препятствуя четкому обзору выводов ввода/вывода более крупного компонента и связанных с ними контактных площадок для пайки. И наоборот, более крупные детали могут отбрасывать тени на более мелкие компоненты, такие как SMD-чипы, расположенные между ними, что препятствует оценке паяных соединений, а также любых поверхностных маркировок и полярности.
Новые функции, включая 8-канальный проектор (рис. 2), доступные в системе Yamaha YRi-V, теперь эффективно решают эти проблемы. Максимальное расстояние измерения также увеличено до 25 мм. Усовершенствованный проектор устраняет тени, обеспечивая равномерное освещение всех элементов в поле зрения. Расширенные возможности измерения позволяют проводить тщательный осмотр при работе с широким диапазоном размеров компонентов, от самых маленьких до самых больших.
Рисунок 2. Улучшенное освещение устраняет тени и слепые зоны.
Автоматизированный оптический контроль с использованием ИИ.
Хотя производительность графических процессоров следующего поколения позволила ускорить обработку изображений и обнаружение дефектов, искусственный интеллект (ИИ), или машинное обучение, готов привнести в автоматизированный оптический контроль новые революционные возможности, как это уже произошло во многих других аспектах промышленной и потребительской техники.
Система YRi-V от Yamaha, возглавляющая эту тенденцию, представила важные новые функции на основе ИИ, которые помогают упростить настройку и эксплуатацию оборудования. К ним относятся автоматическое сопоставление библиотек компонентов, использующее глубокое обучение для идентификации типов компонентов на изображениях и, таким образом, позволяющее автоматически выбирать оптимальную библиотеку компонентов. Кроме того, ИИ используется для помощи в 3D-измерении компонентов для генерации данных о компонентах, отсутствующих в существующих библиотеках. Наконец, ИИ используется для анализа полученных изображений и определения их точности. Это сочетает в себе машинный элемент достоверности с гибкостью визуального контроля, что приводит к быстрой, точной и воспроизводимой оценке «прошел/не прошел».
Четырехугольный контроль и алгоритмы
: Исторически сложилось так, что дефекты пайки являются наиболее сложными для анализа системами автоматического оптического контроля (АОИ). Некоторые из них, такие как дефекты типа «головка в подушке», возникающие, когда припой не смачивает контактные площадки компонента, чрезвычайно трудно обнаружить с помощью обычного оборудования и методов. Паяные перемычки также трудно идентифицировать с уверенностью.
Четырехугольные камеры контроля Yamaha помогли преодолеть эти проблемы, захватывая изображения под косыми углами, что позволяет системе получать полную картину каждого места контроля. В YRi-V эти камеры модернизированы до 20-мегапиксельного разрешения для захвата более мелких деталей. В сочетании с модернизацией камер улучшенные алгоритмы 4D-контроля используют увеличенную информацию об изображении для повышения эффективности обнаружения таких проблем, как перемычки и дефекты типа «головка в подушке».
Разработка программ и программного обеспечения:
Некоторые системы АОИ обеспечивают оптимальную производительность при установке в линию с другим оборудованием, работающим на той же программной платформе. Более открытый подход, подобный тому, который использует Yamaha, позволяет пользователям раскрыть весь потенциал своей системы автоматического оптического контроля (АОК), работая с любым типом оборудования на линии. В частности, быстрая генерация программ возможна с помощью программного обеспечения Yamaha YSUP, которое является открытым и не требует лицензирования.
Комплексное программное обеспечение YSUP может напрямую преобразовывать данные контроля из CAD/CAM или YGX, а также поддерживает стандартные данные Gerber. Кроме того, функциональность YSUP в программном обеспечении для автономного программирования YRi-V позволяет создавать программы АОК из данных ODB++ без необходимости использования файла YGX. Если шаблон печатной платы присутствует в данных ODB++, его можно импортировать в виде упрощенного изображения для облегчения позиционирования новых компонентов с помощью станции автономного программирования. Это устраняет необходимость для программистов брать под контроль заводскую систему АОК для сканирования печатной платы и создания изображения шаблона, тем самым избегая сбоев в нормальном производстве.
Программное обеспечение автоматически генерирует и отображает виртуальные изображения печатной платы, не требуя каких-либо специальных знаний. К другим автоматизированным функциям относится обнаружение любых компонентов со сквозными отверстиями и возможность генерации соответствующих данных контроля. Новые функции также позволяют корректировать данные, например, автоматически определять зоны контроля на основе формы компонентов и положения контактных площадок. Это повышает удобство и исключает необходимость использования контрольных рамок. Кроме того, программное обеспечение автоматически определяет параметры освещения для обеспечения оптимального освещения, минимизируя метод проб и ошибок и зависимость от опыта пользователя. Автоматическая коррекция положения на основе величины смещения компонентов еще больше минимизирует вмешательство оператора. В совокупности эти функции могут сократить время настройки данных до 50%.
Вывод:
Сегодня ведущим производителям электроники необходима система прикладной оптической визуализации (AOI), чтобы продолжать повышать производительность. Необходимы решения для постоянных проблем, таких как дефекты, которые трудно идентифицировать. Кроме того, новейшие системы AOI должны также решать проблемы, связанные с новыми технологиями, такими как плотно расположенные многослойные платы.
Новейшие технологии обработки изображений, а также передовые методы, такие как машинное обучение, теперь необходимы для повышения эффективности обнаружения дефектов и ускорения анализа изображений и программирования. Новое поколение систем автоматического оптического контроля, выходящее на рынок, также предлагает превосходное многоугловое освещение, более высокое разрешение изображения и удобное программное обеспечение для настройки и управления, что позволяет владельцам подготовиться к предстоящим задачам.
