Solder Paste Printing Inspection

Solder Paste Printing Inspection

فشارهای ناشی از کنترل هزینه در صنعت و محرک‌های فناورانه، نیاز به ماشین‌های قدرتمندتر بازرسی نوری خودکار سه‌بعدی (3D AOI) را برای کنترل فرآیند چاپ خمیر لحیم افزایش داده‌اند. در ادامه، نگاهی تخصصی به عوامل کلیدی خواهیم داشت که خریداران بالقوه این سیستم‌ها باید در تصمیم‌گیری خود مدنظر قرار دهند.

فرآیند
با پیشرفت مداوم فناوری مونتاژ قطعات سطحی (SMT)، نیاز به بازرسی خودکار درون‌خطی واقعی به‌عنوان یک الزام اساسی برای تضمین تولیدی قابل‌اعتماد و مقرون‌به‌صرفه، بیش از پیش آشکار شده است. کاهش ابعاد قطعات، کاهش فاصله پایه‌ها، افزایش تراکم BGA، کاهش زمان سیکل تولید (tact-time) و پیچیدگی فزاینده بردهای مدار چاپی، همگی عواملی هستند که باعث شده‌اند روش‌های سنتی بازرسی انسانی دیگر قادر به حفظ عملکرد تولید در سطح کلاس جهانی نباشند.

علاوه بر این، رقابت شدید در بخش خدمات تولید الکترونیک (EMS) که با بازسازی گسترده عملیات در دوران رکود اقتصادی اخیر تشدید شده است، و نیاز ناشی از آن برای کاهش هزینه تولید هر برد، صنعت را به سمت دستیابی به بازدهی بالاتر و کاهش ضایعات و هزینه‌های تعمیر سوق داده است. این شرایط ایجاب می‌کند که فرآیند بازرسی از مراحل ابتدایی تولید به‌صورت یکپارچه در خط تولید گنجانده شود.

در واقع، استفاده از بازرسی در مراحل اولیه تولید به‌تدریج به یک استاندارد صنعتی تبدیل شده است. با افزایش استفاده از قطعات BGA و بالا رفتن تراکم آن‌ها، بازرسی پس از فرآیند لحیم‌کاری تعداد زیادی از اتصالات را از دید خارج می‌کند. مشکلات مربوط به قطعات BGA در سیستم‌های بازرسی استاندارد پس از ریفلو قابل تشخیص نیستند و استفاده از اشعه ایکس نیز روشی پیچیده، کند و پرهزینه است. هزینه‌های تعمیر پس از تکمیل فرآیند مونتاژ به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد و بازخورد حلقه بسته برای کنترل فرآیند اثربخشی کمتری خواهد داشت. در برخی موارد، تعمیر برد امکان‌پذیر نیست و کل برد ممکن است به‌عنوان ضایعات کنار گذاشته شود.

برآوردها نشان می‌دهند که حدود ۶۰ تا ۸۰ درصد از عیوب انتهای خط تولید به مشکلات موجود در فرآیند چاپ خمیر لحیم مرتبط هستند. متخصصان حجم خمیر لحیم را به‌عنوان بهترین شاخص پیش‌بینی کیفیت نهایی برد مدار چاپی می‌دانند.

برخی از مشکلاتی که در مراحل بعدی فرآیند تولید بروز می‌کنند، با بهبود فرآیند چاپ قابل پیشگیری هستند. یک فرآیند چاپ دقیق می‌تواند از تبدیل جابجایی‌های جزئی و چرخش‌های ناخواسته قطعات به عیوب جلوگیری کند.

به همین دلایل، شرکت‌های بیشتری به دنبال گزینه‌های بهینه برای بازرسی بردهای SMT از همان ابتدای خط تولید هستند، به‌ویژه در مورد قطعات BGA و قطعات با گام ریز (fine pitch). فرآیند چاپ ماهیتی پویا دارد و در نتیجه، به عوامل مختلفی حساس بوده و مستعد ایجاد نقص است؛ عواملی از جمله: تمیزکاری و فرسایش شابلون، کهنگی خمیر لحیم، حساسیت به شرایط محیطی، نحوه جابجایی و پر کردن مکرر خمیر.

مشکلاتی که در مرحله چاپ رخ می‌دهند معمولاً نواحی و قطعات مختلفی از برد را تحت تأثیر قرار می‌دهند. شناسایی این مشکلات بلافاصله پس از چاپ، نقش مهمی در کاهش هزینه‌های بازکاری و ضایعات نهایی (bone pile) ایفا می‌کند.

چگونه باید فرآیند چاپ خمیر لحیم مورد بازرسی قرار گیرد؟

در کاربردهای ساده‌تر که شامل پدهای نسبتا بزرگ و قطعات با ابعاد معمولی هستند، استفاده از بازرسی دوبعدی (2D AOI) کفایت می‌کند. این نوع فرآیندها از پایداری بیشتری برخوردارند و تغییرات جزئی در ارتفاع خمیر لحیم تأثیر قابل‌توجهی بر کیفیت اتصال ندارند. اما در کاربردهایی که شامل قطعات بسیار کوچک مانند 0402، 0201، CSP و قطعات با گام ریز (مانند 0.4 میلی‌متر) هستند، بازرسی سه‌بعدی (3D AOI) ضروری است.

در این موارد، ابعاد هر ناحیه از خمیر لحیم در تمامی جهات تقریبا برابر است؛ بنابراین، ارتفاع خمیر (که تابعی از ضخامت شابلون است) به اندازه طول و عرض آن اهمیت دارد. در نتیجه، تغییرات جزئی در ارتفاع خمیر به‌اندازه تغییرات در سطح آن می‌تواند بر کیفیت لحیم‌کاری تأثیر منفی بگذارد.

علاوه بر این، در قطعاتی با تعداد پایه‌های زیاد مانند آی‌سی‌ها یا BGAها، بررسی یکنواختی ارتفاع خمیر در زیر تمامی پایه‌ها اهمیت حیاتی دارد. اگر یکی از پایه‌ها یا توپ‌های لحیم با خمیر تماس نداشته باشد، ممکن است اتصال باز (open joint) ایجاد شود یا اتصال در طول زمان دچار افت کیفیت و کاهش قابلیت اطمینان گردد.

بازرسی سه‌بعدی باید کل سطح برد را پوشش دهد، نه فقط نواحی تعیین‌شده برای چاپ خمیر، تا بتوان خمیر لحیم ناخواسته خارج از ناحیه چاپ را شناسایی کرد؛ این پدیده تحت عنوان “خمیر غیرمنتظره” (unexpected paste) شناخته می‌شود. وجود چنین خمیرهایی می‌تواند منجر به تشکیل توپ‌های لحیم شود که احتمال آسیب‌های شدید و غیرقابل پیش‌بینی را در پی دارد (See Figure 1.)

1

چالش‌ها

اکنون که ضرورت بازرسی فرآیند چاپ خمیر لحیم و لزوم در نظر گرفتن ارتفاع در این بازرسی اثبات شده است، موضوع مهم بعدی نحوه تضمین اثربخشی این بازرسی است. برای دستیابی به این هدف، باید با چندین چالش کلیدی مواجه شد:

دقت (Accuracy)
سیستم بازرسی باید قادر باشد اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی از حجم، سطح، شکل و موقعیت خمیر لحیم نسبت به صفحه پدهای تماس ارائه دهد.

کنترل فرآیند حلقه بسته (Closed Loop Process Control)
داده‌های اندازه‌گیری باید به‌اندازه‌ای دقیق باشند که نه‌تنها برای تشخیص نقص یا کنترل کیفی، بلکه برای کنترل واقعی فرآیند قابل استفاده باشند. این داده‌ها باید امکان بستن حلقه بین سیستم بازرسی و پرینتر و همچنین تبادل اطلاعات با مراحل بعدی بازرسی را فراهم کنند.

سرعت (Speed)
بازرسی نباید سرعت خط تولید را کاهش دهد. بازرسی کامل باید صرف‌نظر از زمان سیکل تولید (tact time) هر برد انجام شود. دستگاه باید توانایی بازرسی ۱۰۰٪ کل برد را حتی در سریع‌ترین خطوط تولید داشته باشد.

تنوع بردها (Boards)
سیستم باید بتواند با طیف وسیعی از بردها با تفاوت‌هایی در رنگ، ضخامت، نوع پدها و نوع خمیر لحیم سازگار باشد. همچنین، توانایی مدیریت انواع تاب برداشتن برد مدار چاپی (warpage PCB) در بردها بسیار حیاتی است.

سادگی (Simplicity)
دستگاه باید کاربری و برنامه‌ریزی ساده‌ای داشته باشد. نباید نیازمند زمان راه‌اندازی طولانی یا اپراتورهای بسیار آموزش‌دیده باشد.

هر یک از این جنبه‌ها می‌توانند تاثیر چشمگیری بر کیفیت، قابلیت استفاده و مزایای حاصل از به‌کارگیری چنین سیستمی در خط تولید داشته باشند.

ارتفاع، حجم و مفهوم بازرسی سه‌بعدی (3D Inspection)
از آن‌جا که توزیع خمیر لحیم در سطح فوقانی لزوماً یکنواخت نیست، تلاش برای برآورد حجم خمیر تنها بر اساس چند نمونه‌برداری محدود، لزوماً نتایج دقیقی به همراه ندارد. در برخی موارد، پروفایل‌های رایج خمیر لحیم نشان می‌دهند که شکل هندسی آن می‌تواند بسیار متغیر باشد (برای نمونه، به شکل ۲ مراجعه شود).

بنابراین، بازرسی سه‌بعدی که بتواند به‌صورت کامل و دقیق ارتفاع، حجم و شکل هر ناحیه از خمیر را اندازه‌گیری کند، برای دستیابی به کنترل فرآیند مؤثر و تضمین کیفیت لحیم‌کاری ضروری است.

2

این روش زمانی که تعداد و توزیع نقاط اندازه‌گیری در هر ناحیه خمیر کاهش یابد، به‌طور فزاینده‌ای با مشکل مواجه می‌شود. یک رویکرد جایگزین، اندازه‌گیری تعداد زیادی نقطه در هر ناحیه خمیر در زمان سیکل مجاز (tact time) است، اما تنها برای تعداد محدودی از نواحی نقاط بحرانی یا نمونه‌گیری تصادفی که امید می‌رود اطلاعات کافی برای پیش‌بینی مشکلات چاپ فراهم کند. با این حال، برای مونتاژهای پیچیده بردهای مدار چاپی امروزی، این راهکارها کافی نیستند. برای بهره‌برداری حداکثری از بازرسی چاپ خمیر لحیم، تولیدکنندگان باید کل سطح برد را با استفاده از اندازه‌گیری حجمی دقیق سه‌بعدی مورد بازرسی قرار دهند.

بازرسی سه‌بعدی با روش مثلث‌سازی (3D By Triangulation)

برای اندازه‌گیری ارتفاع و تهیه نقشه سه‌بعدی، روش‌های مختلفی وجود دارد؛ از جمله:

در بازرسی سه‌بعدی، روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری ارتفاع و تهیه نقشه سه‌بعدی استفاده می‌شود. در ادامه، هر یک از این روش‌ها را به‌طور خلاصه توضیح می‌دهم:

۱. مثلث‌سازی (Triangulation)

• مبنای کار: استفاده از مثلثات برای تعیین موقعیت سه‌بعدی یک نقطه.
• نحوه عملکرد: با تاباندن یک پرتو نور (مثلاً لیزر) به سطح جسم و ثبت بازتاب آن توسط دوربین از زاویه‌ای متفاوت، با استفاده از زاویه‌ها و فاصله‌ها، مختصات سه‌بعدی نقطه محاسبه می‌شود.
• کاربرد: در اسکنرهای سه‌بعدی لیزری، سیستم‌های بینایی ماشین و اندازه‌گیری دقیق قطعات صنعتی.

۲. تداخل‌سنجی موآره (Moiré Interferometry)

• مبنای کار: ایجاد الگوهای تداخلی (موآره) با تاباندن شبکه‌های نوری روی سطح جسم.
• نحوه عملکرد: با مقایسه الگوهای موآره قبل و بعد از تغییر شکل یا جابجایی، می‌توان تغییرات ارتفاع یا تغییر شکل سطح را اندازه‌گیری کرد.
• کاربرد: اندازه‌گیری تغییر شکل‌های بسیار کوچک، تحلیل تنش و کرنش در مواد.

۳. تداخل‌سنجی با جابجایی فاز (Phase Shift Interferometry)

• مبنای کار: استفاده از تداخل نور و تغییر فاز برای اندازه‌گیری دقیق.
• نحوه عملکرد: با تغییر فاز نور تابیده‌شده و مقایسه آن با نور بازتابی، اختلاف مسیر نوری و در نتیجه ارتفاع سطح محاسبه می‌شود.
• کاربرد: در میکروسکوپ‌های نوری، اندازه‌گیری سطوح بسیار صاف و دقیق مانند ویفرهای نیمه‌رسانا.

۴. زمان پرواز (Time of Flight)

• مبنای کار: اندازه‌گیری زمان رفت و برگشت پالس نور یا لیزر.
• نحوه عملکرد: با ارسال پالس نوری به سطح و اندازه‌گیری زمان بازگشت آن، فاصله تا سطح محاسبه می‌شود.
• کاربرد: در لیدار (LiDAR)، دوربین‌های سه‌بعدی، خودروهای خودران و نقشه‌برداری هوایی.

۵. فوکوس‌گذاری (Focusing)

• مبنای کار: استفاده از وضوح تصویر برای تعیین فاصله.
• نحوه عملکرد: با تغییر موقعیت فوکوس دوربین و بررسی وضوح تصویر در هر موقعیت، فاصله تا سطح تعیین می‌شود.
• کاربرد: در میکروسکوپ‌های نوری و سیستم‌های بینایی ماشین برای سطوح با بافت پیچیده.

۶. روش‌های کانونی (Confocal Methods)

• مبنای کار: استفاده از نقطه کانونی دقیق برای تصویربرداری لایه‌به‌لایه.
• نحوه عملکرد: فقط نوری که از نقطه کانونی بازتاب می‌شود، ثبت می‌گردد؛ این باعث حذف نورهای خارج از فوکوس و افزایش دقت عمق می‌شود.
• کاربرد: در میکروسکوپ‌های کانونی (Confocal Microscopes) برای تصویربرداری سه‌بعدی از نمونه‌های بیولوژیکی یا صنعتی.

در میان این روش‌ها، مثلث‌سازی رایج‌ترین و مناسب‌ترین تکنیک برای اندازه‌گیری ارتفاع خمیر لحیم در فرآیند چاپ است. این روش با یک اصلاح ساده، امکان اندازه‌گیری هم‌زمان تعداد زیادی نقطه را فراهم می‌سازد.

در روش پایه مثلث‌سازی شکل 3a، دو خط تنها در یک نقطه با یکدیگر تلاقی می‌کنند. یکی از این خطوط، مسیر تابش نقطه لیزر است و خط دیگر، مسیر بین دوربین و نقطه بازتاب در زاویه تعریف‌شده توسط اپتیک است. این روش با استفاده از یک دوربین خطی، تنها یک نقطه را اندازه‌گیری می‌کند.

برای اندازه‌گیری هم‌زمان یک خط از نقاط، همین تکنیک به‌کار می‌رود، با این تفاوت که به‌جای یک نقطه، یک خط لیزری یا «پرده لیزری» تابانده می‌شود. تقاطع بین این خط لیزری و بازتاب آن در دوربین، منجر به تولید یک خط از اندازه‌گیری‌های ارتفاعی می‌شود (شکل 3b).

زاویه بین دو خط برای دقت اندازه‌گیری بسیار مهم است. زمانی که لیزر از بالا تابانده می‌شود، مختصات X و Y هر پیکسل از پیش تعریف شده‌اند و پیکسل‌ها به‌طور یکنواخت در تصویر توزیع می‌شوند. اما زمانی که لیزر با زاویه تابانده می‌شود، تنها مختصات Y پیکسل از پیش مشخص است. از آن‌جا که مثلث‌سازی با مختصات X و Z هدف سروکار دارد، پیکسل‌های ثبت‌شده در این روش به‌صورت یکنواخت توزیع نمی‌شوند. در نتیجه، محاسبه دقیق حجم ممکن است با چالش‌هایی همراه باشد (شکل 4).

اگر بخواهی، می‌تونم مزایا و محدودیت‌های روش مثلث‌سازی را در مقایسه با سایر تکنیک‌های اندازه‌گیری ارتفاع برای بازرسی خمیر لحیم بررسی کنم.

3

4

تفاوت در روش مثلث‌سازی: تابش لیزر از بالا در مقابل تابش زاویه‌دار

در روش مثلث‌سازی، تفاوت قابل‌توجهی بین تابش خط لیزر از بالا و تابش آن با زاویه وجود دارد. در هر دو حالت، خط‌چین‌ها نمایانگر مسیر لیزر و خط بازتاب هستند، با فرض اینکه هیچ خمیر لحیمی در مسیر لیزر وجود نداشته باشد. در حالت تابش زاویه‌دار، موقعیت X نقطه اندازه‌گیری به‌صورت تابعی از ارتفاع اندازه‌گیری‌شده تغییر می‌کند.

این تغییرات در نقطه یا خط لیزر، چالش دیگری را در تابش زاویه‌دار ایجاد می‌کند: عرض نقطه یا خط لیزر ممکن است تغییر کند و تقارن خود را از دست بدهد، که یافتن مرکز دقیق آن را دشوار می‌سازد. با این حال، مزیت اصلی تابش زاویه‌دار، سادگی پیکربندی اپتیکی برای دستیابی به همان وضوح اندازه‌گیری است دلیلی که بسیاری از تولیدکنندگان سیستم‌های بازرسی امروزی این روش را انتخاب کرده‌اند.

با این وجود، برای دستیابی به دقت و قابلیت اطمینان بالاتر در داده‌ها، قرار دادن لیزر به‌صورت عمودی و مستقیم بالای هدف، روش برتر محسوب می‌شود.

آیا نقشه‌برداری ارتفاع کافی است؟ نیاز به کانال واقعی دوبعدی (2D)

دانستن ارتفاع هر نقطه روی برد، به‌تنهایی برای درک واقعی از نتایج چاپ خمیر لحیم کافی نیست. برای اطمینان از کیفیت چاپ، باید بتوان خمیر لحیم را از سایر اجزای برد مانند پدها، مسیرهای رسانا، چاپ سیلک و غیره—تشخیص داد و ارتفاع خمیر را نسبت به ارتفاع پدها اندازه‌گیری کرد.

از آن‌جا که اجزای مختلف برد دارای ارتفاع یکنواخت نیستند و لکه‌های خمیر ممکن است بسیار نازک باشند، صرفاً دانستن ارتفاع هر نقطه نمی‌تواند خمیر را به‌طور دقیق شناسایی کند. تنها ترکیب اطلاعات ارتفاعی (تصویر سه‌بعدی) با سطح خاکستری هر نقطه (تصویر دوبعدی) امکان شناسایی دقیق نقص‌ها را فراهم می‌سازد (شکل ۵). همچنین، تصویر دوبعدی برای تشخیص مارکرهای مرجع (fiducial marks) نیز ضروری است.

5

یک گزینه‌ی ساده این است که از نور لیزر بازتاب‌شده در فرآیند مثلث‌سازی (triangulation) برای ایجاد یک تصویر در سطح خاکستری (Gray-level image) استفاده شود.
اما متاسفانه، به‌دلیل محدودیت‌های این نوع نوردهی، کیفیت تصویر حاصل پایین خواهد بود. همچنین، مشکلاتی مانند سایه‌ها یا بازتاب نامناسب در همان نقاطی که در تصویر دوبعدی (2D) دیده می‌شوند، در نقشه‌ ارتفاعی (Height mapping image) نیز ظاهر خواهند شد.

برای بهبود کیفیت تصویر، باید یک کانال نوری دیگر اضافه شود تا تصویر دوبعدی از مسیر نوری و منبع نوری متفاوتی نسبت به تصویر نقشه ارتفاعی استفاده کند.
افزودن این کانال نوری همچنین امکان تنظیم‌پذیری طرح نوردهی را برای انواع مختلف بردها فراهم می‌کند؛برای مثال، یک پیکربندی برای بردهایی با پوشش قلع-هوایی (tin air-leveled) روی پدها، و پیکربندی دیگر برای بردهایی با پدهای طلایی golden pads

به شکل 6 مراجعه کنید.

6

توجه:
برد A دارای ماسک لحیم سبز تیره و پوشش پدهای قلع‌کاری‌شده به روش هوا (air-leveled) است. این برد در حالت “Top Mode” بهتر دیده می‌شود.
برد B دارای ماسک لحیم قرمز و پدهای قلع تخت (flat tin pads) است و در حالت “Slant Mode” دید بهتری دارد.

برای افزایش توانایی تشخیص بین پدها و خمیر قلع، نوردهی باید در مرحله‌ی یادگیری سیستم (learning phase) به‌صورت خودکار با نوع برد تطبیق یابد.

اطلاعات دوبعدی (2D) دقیق، به‌عنوان مکملی برای نقشه‌ ارتفاعی (Height Mapping)، می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی میزان خطاهای تشخیص (false calls) را کاهش دهد.
برای مثال، سیستم می‌تواند تشخیص دهد که ناحیه‌ای که به‌عنوان “بیش از حد بلند” شناسایی شده، در واقع خمیر قلع نیست، بلکه نویز ناشی از سطوح بازتابنده، چاپ سیلک بسیار روشن یا سوراخ‌ها است.
همچنین می‌تواند لکه‌های نازک خمیر را که از محدوده‌ی پد فراتر رفته و ممکن است برای پدهای مجاور خطر ایجاد کنند، شناسایی کند.

این اطلاعات همچنین در شناسایی عناصری مانند نقاط تست (Test Points) و علائم مرجع (Fiducial Marks) که از نظر ارتفاع با پدها برابر هستند، مفید است.
پس از شناسایی این عناصر در تصویر دوبعدی، می‌توان آن‌ها را در تصویر نقشه‌ ارتفاعی نیز یافت تا حجم دقیق خمیر قلع تعیین شود.

در نتیجه، سرمایه‌گذاری در سیستم نوردهی‌ای که هم از تصویر بالایی (Top) و هم از تصویر سه‌بعدی (3D) استفاده کند، کاملاً ارزشمند است،
زیرا باعث تفکیک واضح و دقیق ویژگی‌های اصلی برد از یکدیگر می‌شود.

به شکل 7 مراجعه کنید.

7

دقت اندازه‌گیری و کنترل فرآیند

سیستم‌های بازرسی چاپ خمیر قلع (Paste Printing Inspection Systems) نباید صرفا وظیفه‌ی تشخیص عیوب را بر عهده داشته باشند، بلکه باید به کاربر کمک کنند تا فرآیند کلی چاپ خمیر قلع را نیز بهبود دهد.
این سیستم‌ها باید بتوانند روندهایی را شناسایی کنند که ممکن است منجر به ایجاد بردهای معیوب شوند و به کاربر امکان دهند پیش از بروز آسیب جدی، فرآیند را اصلاح کند.

همچنین باید قادر باشند تا میزان دقیق خمیر قلع رسوب‌کرده روی برد را اندازه‌گیری کنند تا به محاسبه‌ی تبدیل موقعیت (Registration Transformation) بین برد و شابلون چاپ (Printing Mask) کمک نمایند  مشکلی که در صورت عدم کنترل، می‌تواند منجر به عیوب گسترده در کل تولید شود.

اندازه‌گیری دقیق مساحت (Area) به پیشگیری از عیوب کمک می‌کند؛
برای مثال، با تشخیص گرفتگی (Clogging) در شابلون پیش از شروع تشکیل عیب.
این قابلیت همچنین به بهینه‌سازی سیاست شست‌وشوی شابلون‌ها کمک کرده و موجب کاهش تعداد دفعات شست‌وشو و کاهش وقوع عیب‌ها می‌شود.

اندازه‌گیری دقیق ارتفاع (Height) و حجم (Volume) نیز برای شناسایی مشکلاتی مانند سرعت یا فشار نامناسب تیغه (Squeegee)، مقدار ناکافی یا خمیر کهنه ضروری است؛ چراکه این عوامل معمولاً باعث ناهمواری در سطح خمیر قلع می‌شوند.
همچنین مشکلات مربوط به جدایش نامناسب شابلون از برد (Separation) نیز باید با اندازه‌گیری بسیار دقیق پروفایل ارتفاع قابل تشخیص باشند.

سیستم‌های بازرسی و اندازه‌گیری معمولا از نظر Gage R&R مورد ارزیابی قرار می‌گیرند.
مهم است که مقدار Gage R&R برای پارامترهای موقعیت (Position)، پوشش سطح (Area Coverage)، حجم (Volume) و ارتفاع (Height) تعیین شود و این مقدار کمتر از ۱۰٪ از عرض فرآیند (Process Width) در قطعات و تلرانس‌های معمول باشد.

با این حال، صرف اندازه‌گیری Gage R&R کافی نیست؛
زیرا دقت واقعی سیستم در خط تولید (System Accuracy on the Production Line) نیز به همان اندازه اهمیت دارد.

بردهای تاب‌دار (Warped Boards)

یکی دیگر از مواردی که باید در نظر گرفته شود، شکل فیزیکی بردهای مدار چاپی (PCB) است.
بسیاری از بردهایی که از فرآیند چاپ خمیر قلع عبور می‌کنند، کاملا صاف و مسطح نیستند.
برخی دارای انحناهای جزئی هستند، در حالی‌که بعضی دیگر  به‌ویژه بردهایی که در زیر خود دارای قطعات نصب‌شده‌اند و قبلا یک مرحله لحیم‌کاری را پشت سر گذاشته‌اند  ممکن است تغییرات ارتفاع قابل‌توجهی داشته باشند.

استاندارد IPC-A-610C برای بردهای SMD مشخص می‌کند که انحنای برد نباید بیش از 0.75٪ از قطر آن باشد.
ممکن است این مقدار ناچیز به‌نظر برسد، اما در بردهای بزرگ، این رقم می‌تواند تا حدود ۸ میلی‌متر نیز برسد.
افزون بر این، در برخی کاربردها بردهایی با انحنای بیش از 0.75٪ نیز مشاهده می‌شود.

این موضوع می‌تواند برای سیستم‌های بازرسی سه‌بعدی (3D Inspection Systems) مشکل‌ساز باشد؛
زیرا اندازه‌گیری محدوده‌ای حدود ۱۰ میلی‌متر با سیستمی که برای اندازه‌گیری در مقیاس میکرون طراحی شده است، منطقی نیست.
بنابراین سیستم باید بتواند دامنه اندازه‌گیری خود را متناسب با ناحیه بازرسی تنظیم کند.

به عبارت دیگر، یا باید هد اپتیکی (Optical Head) پایین آورده شود، یا برد بالا آورده شود.
هرچه دامنه اندازه‌گیری سیستم بیشتر باشد، نیاز به تغییر ارتفاع کمتر خواهد شد.

ماشین باید به اندازه کافی هوشمند باشد تا ارتفاع خمیر قلع را نسبت به ارتفاع پد مجاور تشخیص دهد تا در نواحی دارای انحنا، اندازه‌گیری حجم خمیر با دقت صحیح انجام شود.

سرعت (Speed)

زمان در فرآیند بازرسی چاپ خمیر قلع بسیار مهم است؛ از جمله زمان راه‌اندازی (Setup Time)، زمان اسکن Scanning Time، تاکت‌تایم (Tact Time) و زمان کارکرد مؤثر دستگاه (Uptime).

در خطوط تولید با تنوع بالا (High-Mix Lines)، راه‌اندازی برد جدید باید ساده و سریع باشد.
راه‌اندازی باید بر پایه فایل‌های استاندارد ورودی مانند Gerber، CAD و در صورت نیاز CAM انجام گیرد.
مدت زمان آماده‌سازی یک برد جدید نباید بیش از یک ساعت طول بکشد، و تغییر به تنظیمات قبلی نیز باید در چند دقیقه انجام شود.
همچنین، فایل‌های راه‌اندازی باید قابل انتقال بین سیستم‌های مختلف بازرسی خمیر قلع باشند (به‌صورت Copy Exact).

سرعت اسکن (Scanning Speed) یکی از پارامترهای کلیدی است.
سیستم‌های بازرسی چاپ خمیر قلع باید به‌صورت درون‌خطی (Inline) مورد استفاده قرار گیرند تا بیشترین تأثیر را بر بازده و سودآوری داشته باشند.
در نتیجه، آن‌ها باید قادر باشند هم‌زمان با خط تولید کار کنند.

در خطوطی که چند پرینتر در یک خط مونتاژ کار می‌کنند، بازرسی می‌تواند پس از هر پرینتر انجام شود.
اما استفاده از یک سیستم بازرسی واحد که بتواند با سرعت پرینتر خمیر قلع و دستگاه چیپ‌شیوتر (Chip Shooter) هماهنگ باشد، بهره‌وری منابع را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

تولیدکنندگانی که به‌دنبال سیستم‌های بازرسی جدید هستند، باید نه‌تنها سرعت فعلی خط تولید بلکه حداکثر ظرفیت خط (Max Line Capacity) و تأثیر بهبودهای احتمالی آینده را نیز مدنظر قرار دهند.

به جدول 1 مراجعه کنید.

8

نتیجه‌گیری (Conclusions)

نه بازرسی انسانی سنتی و نه سیستم‌های بازرسی قدیمی نمی‌توانند به‌طور مؤثر با چالش‌های ناشی از مونتاژهای پیچیده امروزی مقابله کنند.

هرچه بازرسی در مراحل اولیه‌تر فرآیند تولید انجام شود، مزایای کلی آن برای تولیدکننده بیشتر خواهد بود.

بازرسی چاپ خمیر قلع (Paste Print Inspection) تنها روشی برای کاهش ضایعات و تسهیل تعمیرات نیست، بلکه ابزاری برای بهبود و اصلاح فرآیند چاپ خمیر قلع نیز به‌شمار می‌رود.

برای پاسخ‌گویی به نیازهای تولید در حال حاضر و آینده، تولیدکنندگان باید سیستم‌های بازرسی خمیر قلع را انتخاب کنند که ویژگی‌های زیر را داشته باشند:

• بازرسی سه‌بعدی (3D) با سرعت خط تولید — حداقل ۴۰ سانتی‌متر مربع در ثانیه
• بازرسی هم‌زمان 2D و 3D واقعی برای پوشش حداکثری خطاها
• دقت سیستم و Gage R&R مطابق با الزامات بازرسی دقیق‌ترین اجزا
• راه‌اندازی سریع و ساده (Quick, Simple Setup)
• پوشش کامل برد (Full Board Coverage)

تولیدکنندگانی که به‌دنبال خرید یا ارتقاء سیستم‌های بازرسی جدید هستند، باید نه‌تنها سرعت فعلی خط تولید، بلکه حداکثر ظرفیت بالقوه‌ی خط و قابلیت سازگاری سیستم با تغییرات و بهبودهای آینده را نیز در نظر بگیرند.

منابع:

1. AMCOR: Surface Mount Requirements for Advanced Packaging Solutions, 2000.