Ispezione a 360°

COLLAUDO –

Gli OEM e CEM che assemblano dispositivi di alto valore necessitano di soluzioni in grado di garantire una capacità di ispezione economicamente conveniente in produzioni in linea e ad alta velocità.

L'ispezione automatica viene largamente usata nelle attuali linee di assemblaggio per montaggio superficiale ad alta velocità quali quelle utilizzate in ambito automotive, aerospaziale e difesa, nel settore elettromedicale e nella produzione di dispositivi consumer. La tecnologia d'ispezione utilizzata è normalmente ottica. Quella a raggi X viene sempre più richiesta invece in quei settori industriali in cui sia richiesto un 100% d'ispezione degli assemblati.
In ogni caso, in un rapporto del 2011 della Reaserchandmarkets, viene riportato che i manager che si occupano di produzione vengono spesso forzati a giustificare il valore che il sistema AOI apporta alla linea di assemblaggio e che molti produttori sono incerti su dove piazzare le macchine d'ispezione per ottenere i risultati ottimali o come programmare e utilizzare al meglio gli strumenti a loro disposizione. Ancora, quando sono implementate in modo corretto, le AOI e la AXI  non sono solo estremamente efficaci nell'evitare che giungano al cliente finale unità fallate o con caratteristiche inferiori rispetto agli standard richiesti, ma anche evidenziare in tempo reale le cause dei difetti incontrati. Ciò può aiutare i progettisti a massimizzare il prodotto di fine linea e la produttività generale, minimizzando nel contempo i tempi morti, garantendo in tal modo un rapido ritorno del capitale iniziale investito.

Integrare l'ispezione automatica
Idealmente gli assemblati dovrebbero sottostare all'AOI dopo che il montaggio dei componenti sia stato eseguito e, di nuovo, dopo il processo di saldatura reflow. Normalmente non c'è bisogno di eseguire l'SPI dopo la stampa della pasta saldante, visto che il processo è altamente automatizzato e può essere gestito senza problemi dalle moderne stampanti quali ad esempio la serie Yamaha YSP dotata del sistema Single Swing Squeegee (3S). Dato che il montaggio dei componenti  può coinvolgere un significativo intervento manuale, come ad esempio la giuntatura dei nastri e il setup dei nozzle e dei feeder, l'AOI viene compiuta in modo ideale dopo questa fase, proprio per localizzare difetti quali la mancanza di componenti o il loro disallineamento. Eseguire l'AOI dopo la fase di montaggio può isolare ogni variazione inaccettabile nei materiali, quali le dimensioni dei componenti o le loro effettive condizioni, che possano pregiudicare la percezione di qualità da parte del cliente finale.

L'AOI in linea
Le misure AOI raccolte immediatamente dopo il montaggio dei componenti forniscono una ricca fonte d'informazioni, non solo per segnalare l'esistenza di difetti, ma anche per l'individuazione delle cause di questi. Un operatore d'esperienza con l'abilità di identificare difetti ricorrenti nei rapporti può avere la capacità di tracciare la causa manualmente, per esempio imputandola a un nozzle di montaggio individuale o a un feeder. Una notifica assai più rapida però, che permette di rettificare l'origine del problema in tempo reale, è possibile se la macchia per l'AOI ha la capacità di comunicare direttamente con la pick & place. Questa è una cosa difficile da conseguire. Nonostante il fatto che vengano normalmente adottati standard largamente utilizzati a livello industriale quali lo SMEMA, lo scambio di informazioni dettagliate fra macchine su cui funzionino software sostanzialmente diversi fra loro rimane una vera e propria sfida. Entrambe le macchine possono non prevedere l'intero set di messaggi, cosa che può limitare l'interpretazione corretta da parte dell'unità di assemblaggio dei report d'errore forniti dalla macchina AOI. Tali problemi possono essere evitati se le stazioni AOI e le altre macchine in linea dispongano di una piattaforma software comune che permetta la comunicazione fra tutte le macchine agevolando i processi di individuazione e di rapporto.

La soluzione Yamaha
Solo pochi fornitori di apparecchiature dispongono nei loro cataloghi contemporaneamente di soluzioni di assemblaggio e di ispezione. Con una base installata di più di 30.000 unità (fra macchine di piazzamento SMT e macchine AOI), il pacchetto Yamaha Intelligent Machines dispone di una soluzione ideale basata su un'architettura software unificata che permette a tutte le macchine in linea di essere collegate in modo rapido e semplice fra loro. Questo approccio supera lo sforzo d'integrazione necessario a connettere dispositivi di diversa provenienza e semplifica le sofisticate linee di comunicazione. Se un componente mancante, un errore di polarità o un guasto sia scoperto dal sistema d'ispezione post reflow su uno dei lati della scheda, il software Yamaha opzionale Quality Assurance (QA) invia un segnale d'allarme dall'AOI verso la pick & place identificata, che si ferma prima che abbiano inizio le operazioni di posizionamento. Il rapporto d'ispezione può quindi essere analizzato per risolvere la causa del problema. La stazione AOI in linea YSi-12 raggiunge le migliori prestazioni usando un sistema potenziato d'illuminazione e particolari tecniche di cattura delle immagini. Immagini catturate sotto illuminazione rossa, verde o blu emessa da LED posizionati a differenti angoli di puntamento aumentano le capacità di distinguere la forma e il vero colore di ogni obiettivo. Inoltre, l'immagine infrarossa aumenta le capacità d'ispezione nel dominio del visibile, potenziando in tal modo le capacità di localizzazione degli errori. Vengono quindi raccolte 10 immagini per ogni campo di visione, campi che sono illuminati mediante diverse lunghezze d'onda e diversi angoli d'incidenza. Con un numero così grande di immagini da analizzare, la macchina ha la possibilità di localizzare errori che difficilmente l'occhio umano riescirebbe a distinguere. Inoltre, la verifica coplanare verticale del laser risolve una delle classiche debolezze dei dispositivi AOI tradizionali, identificando condizioni quali le parti parzialmente sollevate dei componenti saldati. Ciò può aver luogo in presenza di package particolarmente leggeri o minuti quali i QFN o i SON, che possono perdere contatto con la scheda in caso di reflow. Una localizzazione tempestiva permette un intervento che scongiuri la presenza di circuiti aperti, situazione questa che potrebbe altrimenti richiedere un'operazione di risaldatura dopo il test in-circuit.
La YSi-12 mette a disposizione inoltre un grande profondità di campo capace di catturare segni sui componenti di maggiori dimensioni e migliorare il controllo dell'allineamento verticale che elimina gli effetti delle variazioni nelle dimensioni della piazzola o nella sua forma. Queste caratteristiche prese insieme semplificano la programmazione e permettono di creare con maggiore semplicità librerie di componenti. La nuova Yanaha YSi-S è un sistema AOI offline con la stessa identica funzionalità e hardware della Inline YSi-12. Questa macchina consente agli ingegneri di eseguire il setup di programmi indipendenti e trasferirli direttamente al dispositivo in linea, con un conseguente aumento della produttività complessiva. La macchina offline può inoltre essere usata per l'identificazione dei problemi e come sistema di ispezione di piccoli lotti.

L'AOXI ibrida oggi
L'AOI da sola non ha la capacità di soddisfare tutte le richieste avanzate dai più esigenti OEM di oggi.
Dov'è richiesta un'ispezione del 100%, gli OEM e i CEM devono normalmente compiere un'ispezione a raggi X (AXI) dopo la fase di reflow o dopo l'inserzione dei componenti in caso di tecnica through-hole. Tutto ciò è richiesto principalmente per garantire la sicurezza che siano stati verificati i giunti di saldatura dei componenti al di sotto delle BGA e dei CSP. Le macchine tradizionali AXI possono essere molto care da acquistare, complesse da utilizzare e possono essere spesso difficili da integrare in linea. Per proteggere gli operatori sono necessari scudi protettivi di grandi dimensioni. Diversi studi hanno dimostrato inoltre che l'esposizione prolungata dei componenti ai raggi X può determinare una perdita di corrente nei componenti a semiconduttori. Nessuno degli attuali produttori di semiconduttori può garantire oggi capacità di resistenza ai raggi X da parte dei componenti ordinari. La macchina ibrida Yamaha AOXI YSi-X usa invece una laminografia 3D per acquisire un'immagine completa d'ispezione dopo aver mantenuto i componenti esposti a una dose minima di radiazione minimizzando in tal modo ogni effetto di danneggiamento. La massima potenza consumata da questo tipo di macchina è comunque sempre minima rispetto alla media, qualità questa che permette di ridurre i costi operativi e complessivamente le dimensioni del modulo AXI. La piattaforma ibrida sfrutta tale tecnologia per combinare l'AXI con le migliori prestazioni attualmente presenti sul mercato in fatto di AOI, il tutto in un unico chassis e senza per questo incorrere in un problema di aumento degli ingombri della macchina. In più, l'AOXI acquisisce simultaneamente le immagini a raggi X e quelle ottiche, processo questo che riduce sensibilmente il tempo ciclo. Quindi sia le capacità d'ispezione a raggi X sia quella ottica possono essere consolidate in un'area ridotta della linea, immediatamente dopo il reflow o dopo la pick & place. La flessibilità in più garantita da tale sistema aiuta a risolvere le sfide che il produttore si trova oggi ad affrontare nel tentativo di soddisfare le richieste di un'industria che guarda sempre più alla qualità, garantendo un'ispezione sul 100% del materiale prodotto.

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