Inspection avancée par rayons X pour circuits imprimés haute précision

Dans l'industrie des circuits imprimés, un nombre croissant de pièces et de cartes sont difficiles à inspecter avec l'inspection optique automatisée (AOI) car la soudure est invisible. De plus, les exigences de haute qualité comme la résistance de liaison de l'industrie automobile et l'inspection complète de surface de la soudure augmentent. Pour répondre à ces besoins, Omron a introduit une nouvelle technologie pour accomplir les inspections dans le temps de cycle requis (le taux auquel un produit doit être terminé pour répondre à la demande client). C'est l'une des exigences les plus difficiles pour les équipements d'inspection automatique par tomodensitométrie (TDM) à rayons X. Pour la technologie d'imagerie continue, un contrôle de positionnement hautement précis et une détection d'image haute vitesse sont requis.

Le cas pour une nouvelle méthode d'inspection

Ces dernières années, des avancées technologiques remarquables ont été réalisées dans les véhicules électriques (VE), les systèmes d'aide à la conduite avancés (ADAS) et même la conduite automatisée. Pour le monde du montage de circuits imprimés, cela signifie un mouvement vers une densification accrue, tandis qu'un nombre croissant de pièces et de PCB ont des joints de soudure visuellement inaccessibles qui causent des difficultés dans l'inspection visuelle. Des exemples typiques incluent les puces sans filet et les grilles de billes (BGA) avec joints de soudure disposés sous le boîtier.

L'industrie automobile impose des exigences d'assurance qualité particulièrement strictes pour protéger les consommateurs, et les fournisseurs sont souvent tenus d'effectuer des inspections en ligne de surface complète des circuits imprimés (plutôt que des inspections par échantillonnage) et de mesurer les formes de soudure et d'inspecter jusqu'à la résistance de liaison. S'y ajoute le problème de la pénurie de travailleurs de ligne, qui est en partie responsable de l'augmentation rapide actuelle de la demande pour des inspections automatisées de haute précision et haute qualité.

Ainsi, les événements dans l'industrie du montage comme les problèmes de qualité des circuits imprimés et les arrêts de ligne de production peuvent poser de sérieux risques aux clients. Un écoulement de circuits imprimés défectueux mènerait immédiatement à une crise qui pourrait menacer la sécurité des personnes et de la société. Pour cette raison, il est plus important que jamais de fournir un mécanisme qui empêche tout écoulement de circuits imprimés défectueux vers le marché.

En réponse à ces tendances, Omron a développé son système AXI (inspection automatisée par rayons X), qui est devenu largement utilisé dans les lignes de production en technologie de montage en surface (CMS) grâce à sa capacité à inspecter des éléments visuellement inaccessibles comme les joints de soudure sous les pièces. Cependant, à cause du problème de temps de cycle, un modèle conventionnel a été utilisé principalement pour des inspections par échantillonnage hors ligne ou pour des inspections en ligne de pièces clés seulement.

Cet article présente un aperçu des technologies employées pour le système d'inspection TDM à rayons X automatisé en ligne de la série VT-X750 (Figure 1) pour améliorer ce problème et atteindre des vitesses suffisantes pour une utilisation en ligne dans les processus de montage de circuits imprimés automobiles, permettant ainsi l'assurance qualité de circuits imprimés en grandes quantités.

Atteindre une haute qualité d'image avec AXI basé sur TDM

Les principaux types de méthodes d'imagerie diagnostique par rayons X incluent la radiographie bidimensionnelle (2D), la tomosynthèse et la tomodensitométrie. La méthode 2D par rayons X est utilisée pour obtenir une image par prise avec une source rayons X, une pièce et une caméra rayons X disposées verticalement (Figure 2). L'image projetée par cette méthode est enregistrée comme données bidimensionnelles. Bien qu'elle permette l'acquisition d'image en moins de temps, cette méthode est inférieure aux autres en termes de qualité d'image car la quantité de données qu'elle gère est faible.

La méthode de tomosynthèse est utilisée pour obtenir un certain nombre d'images d'une pièce en position relative à une source rayons X ou caméra rayons X dans une plage angulaire limitée. Cette méthode permet l'acquisition d'images tomographiques avec les hauteurs désirées mises en évidence (Figure 3). Bien qu'elle soit plus chronophage que la méthode 2D rayons X, la tomosynthèse permet une acquisition d'image plus rapide que la méthode TDM et est supérieure à la méthode 2D en termes de qualité d'image. Il faut noter que si les images tomographiques sont capturées à une distance suffisante de la position de mise au point de la source rayons X ou de la caméra, elles tendent à être plus floues que les images TDM.

La méthode TDM est utilisée pour obtenir un certain nombre d'images d'une pièce en position relative à une source rayons X ou caméra pendant une rotation à 360 degrés et les reconstruire en données tridimensionnelles (3D). Cette méthode gère un volume de données plus important que les autres méthodes et fournit donc la meilleure qualité d'image. Sa force est qu'elle permet l'extraction et l'utilisation non seulement de données de direction plane horizontale, mais aussi de données de direction de hauteur à partir des données 3D restructurées. Même capturées loin de la position de mise au point de la source rayons X ou de la caméra rayons X, une image tomographique avec cette méthode aura une qualité d'image claire, à faible flou. D'un autre côté, cette méthode prend plus de temps pour l'acquisition d'image et délivre généralement une dose plus élevée à la pièce.

La solution AXI

Omron a adopté une nouvelle méthode d'inspection qui peut identifier les points désirés dans les données 3D et effectuer un diagnostic basé sur l'image pour inspecter avec précision la forme de chaque surface de joint de soudure. La solution AXI d'Omron tire parti de la méthode TDM et permet des inspections de haute précision libérées des restrictions de la face inférieure du circuit imprimé. Ses composants techniques majeurs consistent en du matériel capable de détection haute précision et sécurisée, ainsi que du logiciel permettant un contrôle haute vitesse avec une excellente réactivité.

Le matériel consiste largement en composants mécaniques, électriques et d'imagerie. Par conséquent, les paramètres de conception — tels que la sécurité électromécanique, le blindage, la précision de mouvement d'axe, la réactivité de contrôle, la qualité d'image et le taux d'imagerie — jouent un rôle important dans l'assurance de la performance du système. La partie logicielle du système consiste en un optimiseur d'assemblage pour corrections de différences machine, une application principale pour le développement de programmes d'inspection, un processus de reconstruction pour transformer les images capturées en données 3D, et un algorithme utilisé pour effectuer les inspections des données 3D obtenues. Ces composants techniques sont liés entre eux de manière complexe et doivent fonctionner ensemble de manière transparente dans chaque module de fonction pour des inspections de haute précision et haute vitesse. Cela est particulièrement important pour l'acquisition d'images TDM de haute qualité, qui est le cœur de cette technologie et fournit la performance de base des dispositifs d'imagerie, la conception et le contrôle géométriques de haute précision, et le traitement de correction robuste et les algorithmes d'inspection.

Les sections suivantes examinent chacune de ces capacités.

1. Performance de base des dispositifs d'imagerie (FPD et rayons X.