Оборудование для автоматического контроля размеров в электронной промышленности

Когда слышишь про автоматический контроль размеров, многие сразу представляют дорогущие немецкие комплексы, но на деле даже простой китайский оптический измеритель может выдать погрешность в 3 микрона, если правильно настроить освещение. Вот об этих нюансах редко пишут в спецификациях.

Почему классические методы не работают с микросхемами

Помню, как в 2018 пробовали адаптировать контактный контроль размеров для BGA-корпусов. Казалось бы, зачем изобретать велосипед? Но шарики припоя деформировались даже от 5-граммового усилия щупа. Пришлось срочно переходить на оптику, хотя изначально проектную документацию уже подписали.

Кстати, про температурную стабилизацию цехов. Для пайки свинцовыми припоями хватало ±2°C, но когда перешли на бессвинцовые составы, выяснилось, что тепловое расширение текстолита съедает все допуски. Теперь держим 23±0.5°C, иначе автоматического контроля просто не получается.

Особенно проблемными оказались многослойные платы - после пайки волной геометрия меняется непредсказуемо. Один раз пришлось выбраковать всю партию из-за 0.1мм коробления, которое проявилось только после установки разъёмов.

Оптическое оборудование: между дешёвым и точным

Начинали с обычных 2D-сканеров, но быстро упёрлись в проблему теней от компонентов. Пришлось докупать систему наклонного освещения, которую ООО Наньцзин Жуцянь Автоматизированное Оборудование как раз предлагает в комплектах для монтажных линий.

Самое неприятное - когда производители хвастаются разрешением камеры, но умалчивают про дисторсию объектива. Мы два месяца бились с артефактами измерений, пока не обнаружили, что по углам поля погрешность достигает 15 мкм. Теперь всегда требуем сертификаты калибровки для всей оптической трассы.

Интересный случай был с контролем высоты компонентов. 3D-сканер на структурированном свете отлично работал на тестовых образцах, но в серии стал давать сбои на глянцевых корпусах микросхем. Пришлось комбинировать методы - лазерный триангулятор для высоты плюс визуальный распознаватель для планарных размеров.

Проблемы интеграции в существующие линии

Когда закупали первую систему автоматического контроля размеров, не учли скорость конвейера. Оказалось, что для стабильного захвата изображения нужны принудительные стопперы, хотя в документации говорилось про 'динамические измерения'. Переделывали транспортер за свой счёт.

Сейчас на rq-automation.ru видны готовые решения с синхронизацией, но тогда мы учились на своих ошибках. Кстати, их модульная конструкция действительно упрощает модернизацию - мы в прошлом квартале добавили ИК-камеру для контроля пайки без остановки линии.

Самое сложное - убедить технологов, что автоматический контроль не замедляет процесс. После внедрения системы от Наньцзин Жуцянь получили прирост в 7% по выходу годных изделий, хотя initially production department сопротивлялся изменениям.

Программное обеспечение: скрытые сложности

Никогда не доверяйте 'умным' алгоритмам, которые сами подбирают пороги бинаризации. Как-то раз из-за смены партии зеленого лака система начала браковать исправные платы. Теперь все пороги выставляем вручную для каждого типа поверхностей.

База данных дефектов - вообще отдельная история. Когда накопили 10+ терабайт изображений, оказалось, что нейросеть путает блики от защитного покрытия с трещинами. Пришлось разрабатывать гибридную систему, где сначала классический анализ геометрии, потом уже ML.

Интересно, что в электронной промышленности даже вибрация влияет на ПО. Как-то раз алгоритм измерения дрожал вместе с фундаментом от пресса в соседнем цехе. Пришлось добавлять фильтрацию по частотным характеристикам - такой нюанс не найдешь в мануалах.

Калибровка и метрология: вечная головная боль

Эталонные меры для калибровки должны быть из того же материала, что и изделие. Узнали это дорогой ценой, когда алюминиевые калибровочные плиты давали погрешность из-за разного ТКР с медными дорожками.

Межповерочный интервал - еще один камень преткновения. Для оборудования контроля высокого класса рекомендуют 6 месяцев, но мы в сезон работаем в три смены - приходится сокращать до 3 месяцев. Иначе износ оптики выходит за допуски.

Самое смешное, что иногда проблемы решаются копеечными методами. Как-то не могли избавиться от пыли на линзах, пока не поставили ионизаторы воздуха за 300 рублей - дорогие системы очистки оказались менее эффективными.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас активно тестируем системы на базе терагерцового сканирования для контроля внутренних слоев - но пока разрешение недостаточное для микросхем. Хотя для печатных плат уже вполне применимо.

Коллеги из ООО Наньцзин Жуцянь недавно показывали прототип комбинированной установки, где совмещены рентгеновский и оптический контроль. Интересное решение, но цена пока кусается - около 400к евро за комплекс.

Лично я считаю, что будущее за адаптивными системами, которые сами подстраиваются под изменение технологического процесса. Мы уже экспериментируем с цифровыми двойниками - когда контрольное оборудование заранее знает, как деталь должна выглядеть после каждого этапа производства.