สำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ ต้นทุนของข้อบกพร่องที่หลุดรอดไปได้ไม่ใช่แค่การทิ้งงาน การทำใหม่ หรือการเคลมประกันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความปลอดภัยของผู้ป่วยและความเสี่ยงด้านกฎระเบียบด้วย จอมอนิเตอร์ของผู้ป่วย แผงควบคุมเครื่องช่วยหายใจ และอุปกรณ์วินิจฉัยต่าง ๆ อาจมีรอยประสานที่ไม่ได้มาตรฐาน ขาขึ้นจากแผ่น หรือการเชื่อมต่อที่ไม่ดีซึ่งผ่านการทดสอบการทำงานไปได้ แต่กลับไม่ถูกค้นพบจนกว่าผลิตภัณฑ์จะถูกนำไปใช้งานจริง ในกรณีของผู้ผลิตที่ต้องรับมือกับแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง การตรวจสอบแต่ละครั้งจะต้องทำได้มากกว่าการค้นหาข้อบกพร่อง และต้องสามารถป้องกันไม่ให้ข้อบกพร่องเหล่านั้นเกิดขึ้นด้วย
ความจำเป็นในเรื่องนี้ทำให้อุตสาหกรรมหันเหออกจากระบบการตรวจสอบแบบสองมิติไปสู่ระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น3D SPI(การตรวจสอบครีมประสานบัดกรี) และ3D AOI(การตรวจสอบด้วยระบบกล้องอัตโนมัติ). เทคโนโลยีเหล่านี้เมื่อทำงานร่วมกันจะช่วยให้ได้การวัดมิติ ข้อมูลป้อนกลับของกระบวนการ และข้อมูลคุณภาพที่ตรวจสอบย้อนกลับได้ ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจพบข้อบกพร่องได้มากขึ้นและควบคุมกระบวนการระหว่างการดำเนินงานกระบวนการประกอบ SMT.
ข้อจำกัดของการตรวจสอบแบบ 2 มิติแบบดั้งเดิม
ในระบบ SPI และ AOI แบบ 2D ดั้งเดิม การตัดสินชิ้นงานประกอบจะอาศัยความต่างของภาพลักษณ์ภายนอกของพื้นผิว และการจดจำลวดลายเป็นหลัก ระบบเหล่านี้มีประโยชน์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย แต่กำลังมีความเหมาะสมน้อยลงเรื่อย ๆ เมื่อแผงวงจรประกอบอิเล็กทรอนิกส์ (PCBA) ถูกผลิตด้วยชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กลง มีขอบเขตของกระบวนการที่แคบลง และมีระยะพิทช์ที่ละเอียดมากขึ้น
ยกตัวอย่างข้อบกพร่องสามประเภทเพื่อแสดงให้เห็นถึงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบด้วยภาพแบบสองมิติ
ปริมาณบัดกรีไม่เพียงพอ
ระบบ SPI แบบ 2 มิติสามารถตรวจสอบได้ว่ามีครีมประสานอยู่ในบริเวณที่เหมาะสมหรือไม่ และอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องหรือไม่ แต่ไม่สามารถวัดความสูงของการพิมพ์ครีมประสานหรือปริมาตรของครีมประสานได้โดยตรง
นั่นหมายความว่า การฝากาวประสานในภาพสองมิติอาจดูปกติ แต่มีขนาดเล็กเกินไปที่จะสร้างจุดเชื่อมประสานที่ดีระหว่างกระบวนการรีโฟลว์ ข้อบกพร่องนี้อาจเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการพิมพ์ แต่ไม่ถูกตรวจพบจนกระทั่งในขั้นตอนต่อมาของกระบวนการผลิต ซึ่งการแก้ไขมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าและการวิเคราะห์หาสาเหตุรากอาจทำได้ยากขึ้น
รอยต่อเย็นและการเปียกไม่สมบูรณ์
ความยากลำบากอีกประการหนึ่งอาจเกิดจากรอยบัดกรีเย็นหรือการหลอมรวมของรอยบัดกรีที่ไม่ดี ในหลายกรณี รอยบัดกรีเหล่านี้ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านการยึดเกาะทางโลหะวิทยา แต่ยังคงดูสวยงามเมื่อมองด้วยตาเปล่า
เนื่องจากลักษณะภายนอกถูกประเมินใน AOI แบบสองมิติ ไม่ใช่เรขาคณิตสามมิติ การระบุสภาวะดังกล่าวโดยใช้เพียงคุณลักษณะของภาพจึงอาจเป็นเรื่องยาก ความบกพร่องเหล่านี้อาจแสดงออกมาเป็นความล้มเหลวแบบเป็นครั้งคราวหรือถาวรภายใต้การทดสอบวัฏจักรความร้อน การสั่นสะเทือน การทำให้ปราศจากเชื้อ และความเครียดจากสภาพแวดล้อมอื่น ๆ ที่พบได้บ่อยในผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์
ข้อบกพร่องด้านความเป็นระนาบร่วมและการลุกตั้ง (Tombstoning)
ข้อจำกัดประการที่สามคือข้อบกพร่องตามแนวแกน Z ตะกั่วเหล่านี้อาจถูกยกตัวลอยออกจากบอร์ด ขาของคอมโพเนนต์อาจไม่อยู่ในระนาบเดียวกัน และตัวต้านทานชิปที่เกิดอาการตั้งฉาก (tombstoned) อาจดูเหมือนปกติเมื่อมองจากด้านบน แต่อันที่จริงแล้วมีความแตกต่างในแนวตั้งสูง
ไม่สามารถระบุสภาวะเหล่านี้ได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยระบบตรวจสอบแบบ 2 มิติ เว้นแต่ว่าจะมีการวัดความสูงโดยตรง อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องเหล่านี้อาจส่งผลเสียต่อความมั่นคงและความเชื่อถือได้ของรอยบัดกรี
3D SPI: ป้องกันข้อบกพร่องตั้งแต่ต้นทาง
ข้อได้เปรียบหลักของการตรวจสอบบัดกรีสามมิติ (3D SPI) คือสามารถวัดปริมาตรของบัดกรีพิมพ์ที่ฝากลงบนแผ่นวงจร นอกเหนือจากการทำการวิเคราะห์แบบสองมิติ (2D)
ระบบจะสร้างแบบจำลองสามมิติของตำแหน่งการพิมพ์บัดกรีแต่ละจุดขณะที่มีการพิมพ์ โดยใช้เทคนิคการวัดรูปร่างด้วยแสงแบบมีโครงสร้าง พารามิเตอร์ที่วัดได้ประกอบด้วยปริมาตร ความสูง พื้นที่ การเยื้องตำแหน่ง และรูปทรงของจุดพิมพ์บัดกรี และจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับขีดจำกัดของกระบวนการที่กำหนดไว้
วิธีนี้จะให้ข้อมูลที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับคุณภาพของการพิมพ์ 3D SPI ไม่เพียงแต่จะตรวจสอบการมีอยู่ของครีมประสานบนแผ่นรองเท่านั้น แต่ยังตรวจสอบด้วยว่ามีการพิมพ์ปริมาณของวัสดุที่เหมาะสมเพียงพอที่จะสร้างจุดบัดกรีที่ยอมรับได้หลังจากการรีโฟลว์หรือไม่
ข้อมูลเพิ่มเติมนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการประกอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่มักมีแพ็กเกจระยะพิชช์ละเอียด ส่วนประกอบแบบพาสซีฟขนาดเล็ก และการจัดวางที่หนาแน่น
การควบคุมกระบวนการแบบวงปิด
ผู้ผลิตสมัยใหม่ ระบบ SPI แบบสามมิติให้ข้อได้เปรียบเหนือการตรวจหาข้อบกพร่อง ข้อมูลการตรวจสอบสามารถส่งต่อไปยังเครื่องพิมพ์สเตนซิลได้โดยตรง จึงก่อให้เกิดระบบควบคุมกระบวนการแบบวงปิด.
ระบบสามารถตรวจจับการลื่นไหลของกระบวนการในปริมาณของเนื้อพาสต้า การจัดแนว และคุณภาพการพิมพ์ได้ ก่อนที่มันจะเริ่มก่อให้เกิดจำนวนของชิ้นงานบกพร่องจำนวนมาก มาตรการแก้ไขอาจครอบคลุมตั้งแต่การปรับแก้การจัดแนวการพิมพ์ พารามิเตอร์การพิมพ์ และ/หรือการตั้งค่าเครื่องพิมพ์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของแพลตฟอร์ม
กระบวนการวงปิดนี้ทำให้ SPI กลายเป็นเครื่องมือควบคุมกระบวนการ แทนที่จะเป็นเพียงการตรวจสอบคุณภาพ ระบบจะป้องกันไม่ให้เกิดข้อบกพร่อง แทนที่จะระบุข้อบกพร่องหลังจากที่เกิดขึ้นแล้ว
การควบคุมการบัดกรีของครีมประสานในขั้นตอนการพิมพ์เป็นหนึ่งในปัจจัยที่สามารถส่งผลอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณภาพการบัดกรีในกระบวนการถัดไป และส่งผลต่อผลผลิตและความเชื่อถือได้ของกระบวนการ SMT
3D AOI: การตรวจสอบคุณภาพการประกอบหลังการรีโฟลว์
3D SPI ใช้เพื่อป้องกันข้อบกพร่องก่อนการรีโฟลว์ และ 3D AOI ใช้เพื่อรับรองคุณภาพของชุดประกอบที่เสร็จสมบูรณ์หลังการบัดกรี
ในขณะที่ AOI แบบดั้งเดิมในระบบ 2 มิติ วัดความเข้มและลักษณะปรากฏของภาพ AOI แบบ 3 มิติ จะวัดความสูง (หรือค่าบนแกน z) ของภาพด้วยการใช้เลเซอร์เพื่อสร้างแผนที่ภูมิประเทศของบอร์ดที่ประกอบแล้ว คุณลักษณะแต่ละจุดที่ถูกตรวจสอบจะมีค่าแกน z ที่สามารถวัดได้ ทำให้สามารถตรวจสอบเชิงมิติได้แทนการตรวจสอบด้วยภาพเพียงอย่างเดียว
สิ่งนี้จะช่วยให้ระบบสามารถประเมินรูปทรงของข้อต่อและการจัดวางชิ้นส่วนในสภาพการใช้งานจริงได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น
การตรวจจับการบัดกรีไม่เพียงพอ
ความสามารถของระบบ AOI แบบสามมิติสามารถตรวจจับสภาพบัดกรีที่ไม่สามารถยอมรับได้ซึ่งอาจมองว่าเป็นสภาพที่ยอมรับได้ในภาพแบบสองมิติ โดยการวัดความสูงและรูปร่างของข้อต่อบัดกรี AOI แบบสามมิติสามารถตรวจจับสภาพบัดกรีที่ไม่เพียงพอซึ่งอาจดูเหมือนยอมรับได้ในภาพสองมิติแบบดั้งเดิม
ระบบไม่เพียงแต่ระบุลักษณะภายนอกของจุดบัดกรีเท่านั้น แต่ยังใช้รูปทรงเรขาคณิตของจุดบัดกรีและเกณฑ์การยอมรับที่กำหนดไว้เพื่อช่วยปรับปรุงการตรวจจับการเชื่อมต่อที่บัดกรีไม่เต็มหรือขึ้นรูปได้ไม่ดีด้วย
การตรวจจับลีดที่ยกระดับ
3D AOI วัดความแตกต่างของความสูงระหว่างขาของชิ้นส่วนและแผ่นรอง PCB ที่สอดคล้องกันโดยตรง สำหรับแพ็คเกจแบบปีกนก (gull-wing) และชิ้นส่วนอื่น ๆ
ขาสินค้าที่ถูกยกตัวขึ้นซึ่งอาจไม่ถูกตรวจพบระหว่างการตรวจสอบแบบดั้งเดิมสามารถระบุได้ง่ายขึ้น เนื่องจากการวัดอ้างอิงจากเรขาคณิตจริงไม่ใช่การตีความจากภาพ
การตรวจจับป้ายหลุมศพ
ระบบจะเปรียบเทียบความสูงของความแตกต่างระหว่างจุดเชื่อมต่อของคอมโพเนนต์สำหรับชิปคอมโพเนนต์ ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจพบข้อบกพร่องแบบล้มตะแคงได้ทั้งแบบสมบูรณ์และแบบบางส่วน แม้ว่าจากมุมมองด้านบนจะดูปกติดีก็ตาม
การตรวจจับสะพานบัดกรี
การทำแผนที่ความสูงแบบสามมิติยังช่วยในการตรวจหาสะพานบัดกรีระหว่างตัวนำที่อยู่ติดกัน ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับชุดประกอบแบบระยะแน่นที่สภาพแสงและการสะท้อนบนผิวหน้าอาจทำให้การตรวจสอบแบบ 2 มิติแบบดั้งเดิมทำได้ยาก
แม้ว่า AOI แบบสามมิติจะให้ประโยชน์อย่างมากในด้านเรขาคณิตของการตรวจจับข้อบกพร่อง แต่ยังมีลักษณะบางอย่างของโลหะที่ไม่สามารถประเมินได้อย่างสมบูรณ์ด้วยการตรวจสอบแบบออปติคัล ซึ่งอาจต้องใช้เทคนิคการยืนยันรูปแบบอื่นสำหรับการใช้งานที่มีความสำคัญสูง
ข้อมูลการตรวจสอบในฐานะหลักฐานคุณภาพที่ตรวจสอบย้อนกลับได้
เมื่อมีข้อกำหนดของ FDA, ISO 13485 และข้อกำหนดอื่น ๆ ของระบบคุณภาพทางการแพทย์บังคับใช้ ผลการตรวจสอบจะต้องเป็นหลักฐานที่เป็นรูปธรรมและสามารถเรียกดูได้ว่าผลิตภัณฑ์มีคุณภาพดี
ระบบตรวจสอบแบบสามมิติสมัยใหม่ให้ข้อมูลการวัดอย่างละเอียดสำหรับแผ่นงานทุกแผ่น เช่น ข้อมูลด้านมิติ ข้อมูลการตรวจสอบ และข้อมูลการตรวจสอบย้อนกลับที่เชื่อมโยงกับหมายเลขซีเรียลเฉพาะ
เมื่อเชื่อมต่อบันทึกเหล่านี้กับแพลตฟอร์ม MES แล้ว จะทำให้สามารถแสดงประวัติการผลิตได้อย่างครบถ้วน ซึ่งช่วยให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ สนับสนุนการวิเคราะห์หาสาเหตุรากเหง้า การดำเนินการแก้ไข และการติดตามผลิตภัณฑ์ในระยะยาว
การสร้างระบบป้องกันข้อบกพร่องแบบบูรณาการ
ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจะได้รับเมื่อรวม 3D SPI และ 3D AOI เข้าด้วยกันเป็นระบบตรวจสอบแบบเดียว แทนที่จะใช้เป็นสถานีตรวจสอบแยกจากกัน
ข้อมูล SPI ใช้สำหรับการติดตามตรวจสอบความแปรปรวนของกระบวนการก่อนการรีโฟลว์ และข้อมูล AOI ใช้สำหรับการยืนยันคุณภาพของการประกอบขั้นสุดท้ายหลังจากกระบวนการบัดกรี หากชุดข้อมูลทั้งสองถูกนำมาให้ผู้ผลิตใช้งานผ่านสภาพแวดล้อม MES ร่วมกัน ผู้ผลิตก็จะสามารถมองเห็นภาพรวมของกระบวนการ SMT ได้อย่างครบถ้วน
แนวโน้มทั้งสองที่สังเกตได้ระหว่างการตรวจสอบบัดกรีแบบพิมพ์และผล AOI ที่เกิดซ้ำอาจเชื่อมโยงกับข้อบกพร่องในการประกอบในกระบวนการถัดไป และผล AOI ที่เกิดซ้ำสามารถช่วยชี้ไปยังสาเหตุรากของปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ สภาพของสเตนซิล ความแม่นยำในการจัดวาง หรือประสิทธิภาพของการรีโฟลว์
กระบวนการป้อนกลับอย่างต่อเนื่องนี้ช่วยเพิ่มความเข้าใจในกระบวนการ ช่วยให้สามารถดำเนินการแก้ไขได้รวดเร็วยิ่งขึ้น และลดการรั่วไหลของข้อบกพร่องและการแจ้งเตือนที่เป็นเท็จ (โดยไม่จำเป็น) ให้น้อยที่สุด
ระเบียบวินัยในกระบวนการยังคงเป็นสิ่งจำเป็น
ไม่มีอุปกรณ์ตรวจสอบที่ซับซ้อนมากเพียงใดที่จะสามารถรับประกันคุณภาพได้ด้วยตัวเอง! เทคโนโลยีการตรวจสอบจำเป็นต้องทำงานภายใต้กรอบโครงสร้างด้านคุณภาพในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์
มีสามประเด็นสำคัญคือ:
PFMEA (การวิเคราะห์รูปแบบและผลกระทบของความล้มเหลวในกระบวนการ)เพื่อประสานกลยุทธ์การตรวจสอบให้สอดคล้องกับความเสี่ยงของผลิตภัณฑ์และโหมดความล้มเหลวที่มีความสำคัญ
SPC (การควบคุมกระบวนการทางสถิติ)เพื่อติดตามและตรวจจับแนวโน้มก่อนที่ข้อบกพร่องจะถูกสร้างขึ้น
การตรวจสอบชิ้นงานแรก (FAI: First Article Inspection)เพื่อจัดทำเส้นฐานกระบวนการที่ผ่านการยืนยันแล้วก่อนเริ่มการผลิตในระดับเต็มรูปแบบ
แนวปฏิบัติเหล่านี้ทำให้ผลการตรวจสอบถูกนำมาใช้เป็นการควบคุมกระบวนการ ไม่ใช่เพียงแค่บันทึกผลผ่านหรือไม่ผ่านเท่านั้น
สำหรับแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ (Medical PCBA) การตรวจสอบไม่ได้เป็นเพียงด่านสุดท้ายของการควบคุมคุณภาพเท่านั้น แต่ยังเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบคุณภาพในการผลิต ผลิตภัณฑ์การตรวจสอบของ PCBCart เช่น เครื่องตรวจวัดปริมาณครีมประสานแบบสามมิติ (3D SPI) ที่มีระบบป้อนกลับไปยังเครื่องพิมพ์แบบปิดลูป และเครื่องตรวจสอบบอร์ดหลังการรีโฟลว์แบบสามมิติ (3D AOI) ไม่ได้เป็นเพียงอุปกรณ์เสริมที่เลือกใช้เพิ่มเติมหรือเป็นตัวเลือกในระดับโปรแกรมเท่านั้น แต่เป็นโครงสร้างพื้นฐานที่ถูกบูรณาการอยู่ในทุกโปรแกรม PCBA โดยถูกรวมเข้าไว้ในแพลตฟอร์ม Smart MES ของเรา ซึ่งช่วยให้สามารถติดตามการตรวจสอบของแต่ละล็อตได้อย่างครบถ้วน และจัดเก็บหมายเลขซีเรียลที่มาร์กด้วยเลเซอร์ไว้เป็นระบบ
ทีมวิศวกรรมของเราทำงานร่วมกับทีมวิจัยและพัฒนาฮาร์ดแวร์ทางการแพทย์และทีมควบคุมคุณภาพในการทบทวน DFM จนถึงการรับรองคุณสมบัติการผลิต โดยกำหนดช่วงการยอมรับของ SPI และสร้างโมเดลข้อบกพร่อง AOI สำหรับแต่ละโปรแกรมตามสัดส่วนส่วนประกอบ ประเภทของจุดเชื่อมต่อ และโปรไฟล์ความเสี่ยงของการใช้งานปลายทาง หากคุณต้องการพาร์ทเนอร์ EMS ที่สามารถมอบหลักฐานของรอยบัดกรี ข้อมูลกระบวนการแบบปิดวงจรในระดับบอร์ด และบันทึกการตรวจสอบที่จัดเก็บใน MES สำหรับการประกอบทุกชิ้น และคุณมีวินัยด้านกระบวนการเพียงพอที่จะรองรับ เราพร้อมที่จะพูดคุยเกี่ยวกับโปรแกรมของคุณกับคุณ
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•เทคโนโลยีการติดตั้งแบบผิวหน้า (SMT) คืออะไร?
•การตรวจสอบและการทดสอบที่ใช้ในกระบวนการประกอบ SMT
•วิธีป้องกันการเปียกของบัดกรีที่ไม่ดี
•ข้อกำหนดการออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ SMT ตอนที่สาม การออกแบบการจัดวางชิ้นส่วน
