Vítejte, dnes je
pátek
26.
duben
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Elektronická zařízení jsou stále menší a složitější, a spolu s tím roste i náročnost inspekce prováděné během výrobního procesu kvůli zajištění bezchybnosti produktů.
Požadavky trhu si vynutily zmenšení pouzder součástek tak, aby je bylo možné položit do menšího půdorysu. Miniaturní provedení integrovaného obvodu se stovkami vývodů se řeší pomocí BGA pouzder s vývody na spodní straně. Vizuální kontrola jejich připájených vývodů pomocí automatické optické inspekce není možná, neboť je vidět jenom vnější řada spojů ve tvaru kuliček. Jediným možným řešením kontroly jednotlivých řad kuliček spojů pod pouzdrem se stala rentgenová inspekce, která díky zobrazování v reálném čase a analýze defektů snadno odhalí vady a chyby v maximální míře podrobnosti.
Původně se inspekce prováděla vizuálně, ručně nebo destruktivně, kdy se desky plošných spojů rozřezávaly, aby bylo možné získat přístup ke kontrolovanému místu. Později probíhala inspekce s využitím rastrovacího elektronového mikroskopu nebo průřezovou analýzou, což jsou nákladné a časově náročné metody, které je nutné provádět ve speciálních laboratořích.
Oblíbenou metodou je využití automatické optické inspekce. Ta používá při výrobě DPS kameru, pomocí níž prohlíží sestavu a zjišťuje případné vady, které by vedly k selhání desky. Lze ji použít v mnoha fázích výrobního procesu, včetně inspekce neosazené desky nebo pájecí pasty. Nedokáže však efektivně zkontrolovat DPS používané v mikroelektronice a vždy zde existuje faktor uživatelské chyby a objektivity, který vede k nepřesné analýze DPS, a nakonec i k selhání desky. To zase prodlužuje čas potřebný k výrobě, což má negativní dopad na náklady.
Dalším faktorem, který za posledních deset let výrazně změnil proces výroby elektroniky, bylo zavedení přísných předpisů týkajících se bezolovnaté výroby. Směrnice o omezení nebezpečných látek (RoHS) zakázala použití určitých nebezpečných látek v elektrických a elektronických zařízeních a Směrnice o odpadních elektrických a elektronických zařízeních (OEEZ) současně stanovila cíle pro sběr, opětovné použití/ využití a recyklaci elektrických zařízení. Tato omezení přinesla do výrobního procesu nejistotu a větší množství chyb s rostoucím počtem vadných DPS. Bezolovnaté materiály jsou o něco křehčí a nevykazují požadovanou pružnost, proto jsou vyvíjeny nové materiály s pájkami z alternativních slitin.
Nástroje automatické optické inspekce a rentgenové systémy se úspěšně používaly při kontrole spojů pájených pomocí klasických olovnatých slitin, nicméně v důsledku přechodu k bezolovnatým technologiím a následného dopadu na celistvost spojů začala být automatická optická inspekce méně spolehlivá. Jedním z důvodů pochybností bylo to, zda budou stávající systémy automatické optické inspekce schopny porozumět novým algoritmům a zda budou konečné výsledky „pravdivé“. Kvůli ztrátě důvěry se ve výrobních provozech začala častěji zavádět moderní rentgenová inspekce, včetně inspekčních systémů s počítačovou tomografií (CT), neboť ty dokázaly vyhovět požadavkům na snadnou kontrolu bezolovnatých a stále menších elektronických pouzder bez nutnosti provádění destruktivních zkoušek.
U mikroelektroniky je podstatná kvalita, flexibilita a modularita a se zvyšující se cenou miniaturních pouzder roste i význam včasného odhalení chyb. Jedním z posledních přírůstků do inspekčního portfolia společnosti Nikon je aktualizovaný, vysoce přesný rentgenový inspekční systém XT V 160 s plochým panelem, který umožňuje zobrazení v reálném čase a analýzu chyb v maximální míře podrobnosti.
Systém XT V 160 zahrnuje ovládání z obrazovky, nebo pomocí přesného joysticku, jímž mohou uživatelé snadno ovládat program pro rychlý a přesný pětiosý pohyb při manipulaci se vzorky. Rentgen v reálném čase umožňuje intuitivně procházet složité desky tištěných spojů a elektronické součástky a rychle odhalit chyby. Nejefektivněji lze vzorky kontrolovat v režimu automatické inspekce. Pro uživatele jsou přínosem nízké náklady na údržbu a vysoká spolehlivost systému. Stroj je koncipován jako otevřená trubice, takže vlákno produkující elektronový paprsek lze vyměnit za zlomek ceny oproti konstrukci sestávající z uzavřené trubice, a navíc lze výměnu provádět interně, čímž se sníží prostoje a náklady na výměnu. Tento pokrok v rentgenové inspekci zajišťuje přesnou diagnostiku složité elektroniky.
Před nedávnem jedna britská firma, která vyvíjí vysoce výkonné jednodeskové počítače určené pro vestavěné aplikace, oslovila společnost Nikon s žádostí o pomoc při výrobě. Zjistilo se totiž, že některé komponenty byly vadné, a jelikož byla celá jednotka sestavena dříve, než bylo možné provést inspekci, jednalo se o velmi nákladný a časově náročný problém, který bylo zapotřebí rychle vyřešit.
Při výrobě výkonných počítačů používaných v nejrůznějších odvětvích průmyslu, včetně dopravní infrastruktury, která vzhledem k vysokým nákladům na jednotku vyžaduje stoprocentní spolehlivost, bylo důležité vyrábět zcela bezchybné produkty.
V tradiční průřezové analýze je možné pomocí barviva označit vadný pájený spoj bez ohledu na jeho umístění na pouzdru BGA – po jeho odpáčení lze provést vizuální inspekci a vadný pájený spoj odhalit a určit příčinu selhání desky. Problémem u této tradiční metody je potřeba destruktivního testování příčným řezem a nedostatečná záruka odhalení vady. Firma nevěděla, která součástka poruchu způsobuje, což bylo nutné zjistit, aby byla zajištěna výroba bezchybných produktů.
Při výrobě bylo zcela nezbytné provádět inspekci takových součástí, jako jsou DPS, ještě před zhotovením celých, drahých jednotek. Podezření se týkalo určité zásilky DPS od jednoho výrobce, ale pomocí klasických metod rentgenové inspekce bylo obtížné určit přesnou příčinu poruchy.
Po konzultaci se společností Nikon Metrology byla k inspekci zvolena výpočetní laminografie, známá také jako metoda X.Tract. Díky vysokému výkonu a pokročilým funkcím, které umožňují kontrolu i těch nejnáročnějších elektronických součástek a sestav, byl vybrán systém XT V 160. Ten zahrnuje zdroj NanoFocus s rentgenovou nanotechnologií, vysoce přesným manipulátorem a třímegapixelovým plochým detektorem s vysokým dynamickým rozsahem výsledků při rozpoznávání pod hranicí 0,1 μm. Je vybaven také jedinečným detektorem s kontinuálním otáčením kolem své osy o 360°, který umožňuje snímání v šikmých úhlech až 60° ke středu detekčního panelu a nabízí inteligentní zámek kontrolovaného místa, pomocí něhož zobrazuje stejný prvek i při změně zvětšení nebo úhlu pohledu. Právě díky sloučení těchto funkcí se firmě podařilo zjistit, že na deskách plošných spojů od jednoho výrobce se vyskytovaly mikrotrhliny, které byly příčinou selhání. Po zapojení laminografického systému mohla firma kontrolovat všechny komponenty ještě před osazením bez ohledu na jejich velikost, aniž by bylo nutné provádět destruktivní inspekci. Zavedením tohoto kontrolního procesu firma ušetřila nejen čas strávený inspekcí, ale přineslo jí to také finanční úsporu, neboť díky stoprocentně spolehlivé kontrole byly konečné produkty zcela bez vad.
Jak ukázala výše uvedená případová studie, využití vysoce výkonné rentgenové inspekce je stále důležitější, přičemž nezbytná je především kontrola v raných fázích výrobního procesu bez použití destruktivních metod, které způsobují další problémy a přinášejí finanční ztráty. S tím, jak roste integrace systémů, nová 3D pouzdra (například v uspořádání pouzdro na pouzdru – PoP) zahrnují více čipů naskládaných na sobě a víceúrovňové bondování, čímž lze dosáhnout malých rozměrů pájecích plošek požadovaných v mikroelektronice. Tato stále složitější pouzdra „příští generace“ vyžadují použití speciálního rentgenu a 3D počítačové tomografie (CT) k inspekci supermoderních zařízení, kdy je možné ve virtuálním zobrazení důkladně prozkoumat jednotlivé mikrosegmenty a do budoucna zamezit selhávání desek.
Zavedení efektivní automatizační platformy do inspekce je v moderní mikroelektronice nezbytností. Některé softwary, jako například uživatelsky přívětivé grafické rozhraní Inspect‑X od společnosti Nikon, umožňují sestavování automatizovaných programů bez nutnosti vytváření nových kódů nebo programů. Spolu s funkcí C.Clear pak tento software poskytuje výrazně lepší obraz v reálném čase, takže živě přenášené inspekční snímky mají špičkovou kvalitu co do zřetelnosti a zobrazení detailů. Pro výrobce požadující nejvyšší úroveň inspekce v reálném čase je funkce C.Clear klíčová, neboť umožňuje snazší prohlížení vzniklých vad, a přitom vyžaduje méně náročné zaškolení obsluhy, která by za normálních okolností musela obraz dodatečně vylepšit a analyzovat.
Vady jsou detekovány správně hned napoprvé, včetně obtížně zjistitelných vad ve vícevrstvých pouzdrech BGA nebo u spletitých kontaktů. Pomocí funkce C.Clear mohou výrobci spolehlivě urychlit inspekci a snížit počet falešných hlášení. To vede ke zvýšení kvality a efektivity, což je u technicky náročných mikroelektronických pouzder nutností.
V návaznosti na to, jak porostou nároky na složitá mikroelektronická pouzdra a budou zapotřebí menší a efektivnější pouzdra, povede složitost těchto menších pájecích plošek k dalším chybám během výroby, takže význam inspekce ještě vzroste, nicméně bude nutné zvolit takovou inspekční metodu, která poskytne jasné a snadné výsledky, aniž by to přineslo další náklady plynoucí z destrukce jako u tradičních metod.
Hustota komponentů se v elektronickém průmyslu neustále zvyšuje, což vyžaduje získání obrazu s velmi vysokým rozlišením, i možnost jeho rychlého zpracování a analýzy. Jedinou spolehlivou metodou je 3D rentgenová inspekce, která dokáže kontrolovat vrstvená pouzdra nedestruktivním způsobem. Tyto automatické inspekční systémy se neustále vyvíjejí a jsou navrhovány tak, aby dokázaly držet krok s nástupem modulárních systémů, které jsou schopny provádět všechny operace nezbytné pro kompletní inspekci, včetně rentgenu, počítačové tomografie (CT) a poloautomatických metod. Pokračující vývoj v oblasti inspekce je klíčem k budoucímu úspěchu mikroelektroniky, proto společnost Nikon neustále pracuje na systémech, které si dokáží udržet přední postavení v procesu výroby špičkové mikroelektroniky i v důležitém procesu inspekce.
Další informace o společnosti Nikon a jejích produktech jsou k dispozici na webu www.nikonmetrology.com.
