In quanto piattaforma per numerosi componenti e per la trasmissione dei segnali nei circuiti, i circuiti stampati (PCB) sono considerati una sezione così fondamentale dei prodotti di informazione elettronica che la loro qualità determina la qualità e l’affidabilità dei prodotti finali. A causa della tendenza in ascesa verso l’alta densità e verso i requisiti ambientali senza piombo e privi di alogeni, se non viene effettuata un’ispezione professionale e tempestiva, possono verificarsi sui PCB vari tipi di guasti, come scarsa bagnabilità, crepe, delaminazione ecc.
Per garantire sia l’alta qualità sia l’affidabilità dei PCB assemblati, i produttori e gli assemblatori di PCB devono eseguire ispezioni delle schede nelle diverse fasi del processo di produzione e assemblaggio, in modo da eliminare i difetti superficiali. Inoltre, ispezioni tempestive e professionali sono in grado di far emergere i difetti prima del collaudo elettrico e risultano utili per l’accumulo di dati per il Controllo Statistico di Processo (SPC). L’ampia applicazione della tecnologia a montaggio superficiale (SMT) innalza i requisiti per l’ispezione, poiché i giunti di saldatura SMT devono sopportare sollecitazioni maggiori rispetto a quelli realizzati con la tecnologia a foro passante metallizzato (PTH). Poiché i terminali dei dispositivi che utilizzano SMT devono sopportare un carico strutturale più elevato, i dispositivi non saranno saldati saldamente sulla scheda senza una quantità di saldatura sufficiente. Pertanto, l’affidabilità elettrica a lungo termine delle schede a circuito stampato con dispositivi a montaggio superficiale assemblati dipende in modo significativo dall’integrità strutturale dei giunti di saldatura, il che rende l’ispezione PCBA una necessità evidente.
Fino ad ora, oltre all’ispezione visiva, sono disponibili diverse tecnologie di ispezione strutturale con differenti costi, prestazioni e copertura dei difetti. Le tecnologie di ispezione automatica includono l’ispezione ottica, la misurazione a triangolazione laser, l’ispezione a raggi X e la tecnologia di laminazione a raggi X. Per implementare un’ispezione di processo ottimale, i produttori devono conoscere sia i vantaggi sia gli svantaggi di ciascun tipo di metodo di ispezione e chiarire in quali ambiti ciascun tipo offre le prestazioni migliori. In generale, le tecnologie di ispezione per l’assemblaggio di PCB sono classificate in due tipi: ispezione visiva e ispezione automatica di processo.
a.Ispezione visiva
L'ispezione visiva può essere utilizzata dopo molte fasi duranteProcesso di assemblaggio PCBe le apparecchiature per l’ispezione visiva vengono selezionate in base alle posizioni degli oggetti da ispezionare. Ad esempio, dopo la stampa della pasta saldante e il posizionamento dei componenti, il personale addetto all’ispezione è in grado di individuare a occhio nudo difetti evidenti, come pasta saldante contaminata e componenti mancanti. L’ispezione visiva più diffusa è in grado di controllare i giunti di saldatura a rifusione osservando i raggi di luce riflessi da un prisma ordinario da diverse angolazioni. In generale, questo tipo di ispezione può testare 5 giunti in un solo secondo.
La validità dell’ispezione visiva dipende dalle capacità del personale addetto all’ispezione, dalla sua coerenza e dall’applicabilità dello standard di ispezione. Gli ispettori devono essere pienamente consapevoli dei requisiti tecnici per ciascun tipo di giunto di saldatura, poiché ogni tipo di giunto di saldatura può includere fino a otto tipi di standard di difetto, mentre oltre 6 tipi di giunti di saldatura possono essere presenti su diversi dispositivi di assemblaggio. Pertanto, l’ispezione visiva non è applicabile come metodo di misurazione quantitativa per un controllo efficace del processo strutturale. Inoltre, l’ispezione visiva non è adatta per l’ispezione di giunti di saldatura nascosti, come quelli su dispositivi con terminali a J ad alta densità di integrazione, dispositivi quadrati ultramicro a profilo piatto, flip chip con matrice superficiale o dispositivi BGA (ball grid array). Sulla base dell’istituzione di regole uniformi e specifiche, l’ispezione visiva è considerata una tecnologia a basso costo e di facile accesso, applicabile all’ispezione di difetti di grandi dimensioni.
b.Sistema di Prova dei Processi Strutturali (SPTS)
Il sistema di digitalizzazione e analisi per l’acquisizione video in tempo reale e automatica è in grado di migliorare in modo significativo la tolleranza e la ripetibilità dell’ispezione visiva. Pertanto, il sistema di prova del processo strutturale dipende da qualche forma di emissione luminosa, come luce visibile, raggio laser e raggi X. Tutti questi sistemi acquisiscono informazioni elaborando immagini per individuare e misurare i difetti relativi alla qualità delle giunzioni di saldatura. Analogamente all’ispezione visiva, l’SPTS viene eseguito senza la necessità di contattare fisicamente la scheda elettronica. Diversamente dall’ispezione visiva, tuttavia, l’SPTS è caratterizzato da un’elevata ripetibilità ed elimina la soggettività dalla misurazione dei difetti.
• Ispezione ottica automatica (AOI)
Il sistema AOI si basa su più sorgenti luminose, una libreria di LED programmabili e alcune telecamere per illuminare i giunti di saldatura e scattare immagini. Sotto luce riflessa, i terminali e i giunti di saldatura agiscono come specchi riflettendo la maggior parte della luce, mentre sia i PCB sia i componenti SMD riflettono poca luce. La luce riflessa dai giunti di saldatura non riesce a fornire dati pratici sull’altezza, mentre la grafica e l’intensità della luce riflessa forniscono informazioni in termini di curvatura del giunto di saldatura. Successivamente viene effettuata un’analisi professionale per determinare se i giunti di saldatura sono completi, se la quantità di saldatura è sufficiente e se si verificano difetti di bagnabilità. Inoltre, il sistema AOI ispeziona anche i ponti di saldatura e i componenti mancanti o disallineati prima o dopo la saldatura a rifusione. Le apparecchiature AOI funzionano a una velocità di 30-50 giunti al secondo e presentano relativamenteBASSO costoTuttavia, non riesce a ispezionare i parametri di alcune giunzioni di saldatura, come l’altezza del cordone e la quantità di stagno in una giunzione, e non riesce a ispezionare le giunzioni di saldatura nascoste, come quelle appartenenti a dispositivi BGA, PGA e con terminali a J, che sono essenziali per l’affidabilità della saldatura. In conclusione,test AOIesegueMIGLIOREall'ispezione diCircuiti integratiead ali di gabbianodispositivi con passo superiore a 0,5 mm.
• Misurazione ALT (Automatic Laser Test)
ALT è una tecnologia più diretta utilizzata per testare l’altezza e la forma dei giunti di saldatura o della deposizione di pasta saldante. Questo sistema funziona misurando l’altezza e la riflettività di alcuni componenti superficiali quando l’immagine del raggio laser si concentra su uno o più rivelatori sensibili alla posizione che mantengono un certo angolo con il raggio laser. Durante la misurazione ALT, l’altezza della superficie è determinata dalla posizione della luce riflessa dai rivelatori sensibili alla posizione, mentre la riflettività della superficie è ricavata dalla potenza del raggio di luce riflesso. A causa della riflessione secondaria, il raggio di luce può eventualmente colpire i rivelatori sensibili alla posizione in più punti, il che richiede uno schema per distinguere la misurazione corretta. Inoltre, il raggio di luce riflesso può subire schermature o interferenze da parte di materiali di disturbo quando percorre il cammino verso i rivelatori sensibili alla posizione. Per eliminare le riflessioni multiple e prevenire la schermatura, questo sistema dovrebbe testare il raggio laser riflesso lungo un percorso ottico indipendente regolato. Durante le misurazioni multiple dell’altezza dei giunti di saldatura, il sistema ALT èOTTIMAper la quantità di deposizione della pasta saldante e l’allineamento della posizione prima dell’assemblaggio dei componenti. Fornisce dati per il controllo di processo strutturale in tempo reale della stampa della pasta saldante, inclusi viscosità, allineamento, pulizia, fluidità e velocità di spremitura e sollecitazione.
• Sistema fluoroscopico a raggi X
Il sistema a fluoroscopia a raggi X emette un fascio di raggi da una sorgente luminosa puntiforme, che attraversa verticalmente la scheda a circuito stampato. Durante questo processo, i giunti di saldatura indeboliscono l’intensità dei raggi in misura maggiore rispetto ad altri materiali. Le variazioni di intensità dell’energia dei raggi vengono convertite in immagini radiografiche digitali con una scala di grigi a 256 livelli. L’immagine radiografica in scala di grigi di un giunto di saldatura è in realtà un’immagine di densità che indica lo spessore del giunto di saldatura, la sua distribuzione e la sua integrità interna. Su un PCB monofaccia, il sistema a fluoroscopia a raggi X è in grado di ispezionare con precisione difetti dei giunti di saldatura, come quelli (inclusi cricche, saldatura insufficiente, ponticellamento, disallineamento, vuoti, ecc.) che si verificano su dispositivi con terminali a J, dispositivi a “gull-wing” o chip passivi. Inoltre, è in grado di ispezionare componenti mancanti e condensatori al tantalio montati al contrario. Tuttavia, per quanto riguarda i PCB a doppia faccia, il sistema a fluoroscopia a raggi X non riesce a ispezionare con precisione tali difetti a causa del possibile sovrapporsi delle immagini radiografiche dei giunti di saldatura presenti su entrambi i lati della scheda.
• Sistema di laminazione a raggi X
Rispetto al sistema a fluoroscopia a raggi X, il sistema di laminazione a raggi X genera il piano focale di un’area di sezione orizzontale tramite scansione o rotazione sincrona con il rivelatore a raggi X. Le immagini fuori asse generate sui rivelatori portano quindi alla generazione dell’immagine di sezione con uno spessore superficiale di 0,2-0,4 mm mediante una singola oscillazione o oscillazioni multiple che producono omogeneizzazione. Inoltre, i componenti sul lato anteriore e posteriore del piano focale risultano fuori fuoco nelle immagini laminate, in modo che i giunti di saldatura all’interno del piano focale siano separati dagli altri materiali sulle PCB. In base al telemetro laser, il sistema di laminazione a raggi X rileva la posizione della superficie della scheda rispetto al piano focale e corregge l’imbarcamento della scheda. Successivamente, la scheda a circuito stampato viene spostata con un piccolo incremento verticale in modo che attraversi il piano focale, dopo di che è possibile ispezionare diverse sezioni dello stesso giunto di saldatura. Funziona perfettamente perBGAePTHispezione dei giunti di saldatura. Il PCB a doppia faccia viene spostato verticalmente con grandi incrementi per attraversare il piano focale e ispezionare i giunti di saldatura su entrambi i lati della scheda. Modificando il raggio di scansione del fascio e spostando verticalmente il piano focale, è possibile impostare diversi fattori di ingrandimento o dimensioni dell’area visiva. Il sistema di laminazione a raggi X può misurare i parametri di tutti i giunti di saldatura fisici a diversi piani focali in modo che possa essere fornita una copertura dei difetti di processo. Grazie alla relazione indicata tra l’immagine in sezione dei raggi X e un determinato volume di pasta saldante, le letture in scala di grigi possono essere convertite in dimensioni pratiche mediante unità standard regolamentate o unità metriche. Dopo l’analisi dei risultati di misura, i dati saranno forniti per la caratterizzazione e il miglioramento dell’assemblaggio. Ad esempio, lo spessore medio della pasta saldante o la variazione del volume di pasta saldante dei giunti può permettere di comprendere i livelli di qualità della stampa della pasta saldante e le fonti dei difetti. Il sistema di laminazione a raggi X funziona a una velocità di ispezione di 30-40 giunti al secondo. Garantisce una copertura del 100% dell’ispezione dei dispositivi chiave operando con una modalità di campionamento flessibile, ma non riesce a coprire il 100% dei dispositivi il cui periodo di assemblaggio è inferiore a 45 secondi. Il sistema di laminazione a raggi X presenta il costo più elevato tra tutti i metodi di ispezione, ma riduce notevolmente il tempo di ricerca e di rilavorazione.
Nonostante i numerosi tipi di metodi di ispezione, sussistono molti dubbi riguardo alla differenza tra l’ispezione AOI e l’ispezione a raggi X. L’immagine sottostante illustra gli elementi per la determinazione del metodo di ispezione e chiarisce gli ambiti in cui AOI eIspezione a raggi Xfunziona meglio.
Quando si decide il metodo di ispezione, occorre prendere in considerazione tre elementi: tipo di difetto, costo e velocità di ispezione.
Per quanto riguarda i tipi di difetti coperti da AOI e dai raggi X, l’AOI è solitamente applicata per il test degli strati interni prima della laminazione e gli elementi di difetto spaziano dal volume della pasta saldante, alla posizione dei componenti, assenza e polarità, fino ai difetti delle giunzioni di saldatura. La seconda, invece, si concentra su difetti fini e micro dopo la laminazione ed è in grado di testare i cablaggi assemblati, il packaging dei semiconduttori, i difetti di saldatura BGA, le cavità nelle giunzioni di saldatura eassemblaggio ad alta varietà e basso volume.
Per quanto riguarda la velocità di ispezione, l’ispezione AOI indica una velocità inferiore rispetto all’ispezione a raggi X. Tuttavia, l’elevata velocità e accuratezza comportano costi più elevati.
La produzione di assemblaggi di circuiti stampati difficilmente si basa su un unico metodo di ispezione. Dopotutto, l’ispezione visiva non può mai essere evitata durante la procedura di assemblaggio. A causa del miglioramento della complessità eassemblaggio ad alto volumedomanda, è necessario utilizzare metodi di ispezione automatica. In qualità di assemblatore PCB chiavi in mano con oltre 20 anni di esperienza,PCBCart è altamente specializzata nel montaggio di componenti elettronici su circuiti stampati. Per garantire la qualità, abbiamo istituito un reparto speciale responsabile dell’ispezione dei PCB. Il preventivo è sempre gratuito e rapido: fai clic sul pulsante seguente per inviare le specifiche e i file del tuo circuito. Ti forniremo presto il prezzo per il PCBA.
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Risorse utili
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