Licen3fa Malan Beniamin [305957]

[anonimizat].DR.ING.MOLDOVAN OVIDIU

ABSOLVENT: [anonimizat],

ȘL.DR.ING.MOLDOVAN OVIDIU

ABSOLVENT: [anonimizat] 1.[anonimizat], [anonimizat], militar si de tehnologie de securitate aeronautică. [anonimizat]. [anonimizat], Germania, Scoția, România, China si Malaezia. Plexus a fost fondată în 1980.

Plexus acționează ca un furnizor de servicii pentru fabricarea si dezvoltarea de produse electronice. Toate produsele sunt dezvoltate si produse exclusiv în numele companiilor OEM. Deci nu există produse cu numele de marcă Plexus. Urmează modelul de afaceri pur EMS .

1.1 Plexus in România

Capitolul 2. Etapele producerii pe SMT a plăcii de control Instron.[anonimizat],plasarea componentelor si lipirea prin reflow.

Încă din anul 1960, [anonimizat] a devenit mai importantă decât costurile. Așa s-a [anonimizat], a revoluționat echiparea circuitelor imprimate. Astăzi, [anonimizat] a creat standarde noi de calitate si fiabilitate în domeniu. Circuitele imprimate convenționale sunt populate cu componente care sunt conectate prin pini care trec prin găuri pe fața cealaltă a cablajului, pe care se solderizează în val sau manual ([anonimizat] – TMT). Componentele SMD creează marele avantaj de a se așeza si solderiza cu zonele lor de contact direct pe padurile circuitului imprimat. Acesta este principiul inovativ al tehnologiei SMT.

[anonimizat] a acesteia:

• componentele

• substratul

• sistemul de asamblare (plantare)

[anonimizat] o [anonimizat]-se o [anonimizat], [anonimizat]. Fiecare tip de terminal si încasetare asigură totalitatea cerințelor impuse de manipulare si montaj cerute de standardele internaționale. Componentele sunt ambalate într-o [anonimizat], în care componentei i se asigură un bun control al orientării în momentul „culegerii” si o [anonimizat]. [anonimizat], s-au configurat tuburi (baghete). Pe o baghetă se găsesc aproximativ 200 de componente. [anonimizat]-o cadență si cu un pas regulat si reglabil.

Materialele folosite în tehnologia SMT includ: circuitul imprimat, adezivi si aliaje de lipit. Alegerea substratului circuitului imprimat depinde de tipul componentelor, densitatea de plantare si costuri. Adezivi de înaltă eficiență sunt folosiți pentru a reține componentele în pozițiile corecte pe substrat în timpul plantării si solderizării (în cazul solderizării în baie cu val). Aliajele de lipit asigură lipirea componentei pe padurile circuitului imprimat: solderul ca topitură în cuva masinii de cositorit în val, solder paste-ul fiind stratul conductiv (15-30 mm) depus prin printare pe padurile circuitului imprimat. Alegerea aliajelor de lipit, a fluxurilor si agenților de spălare se face în contextul efectiv al procesului tehnologic.

PCB-ul (Printed Circuit Board) – circuitul imprimat sau cablajul imprimat, este o placă cu cablaj imprimat care are rolul de a susține mecanic si de a conecta electric un ansamblu de componente electrice si electronice, pentru a realiza un produs final funcțional. Un panel conține unul sau mai multe PCB-uri, acesta din urmă putând fi definit în acest caz ca cea mai mică parte funcțională a unui panel în urma procesului de depanelare. O placă de cablaj imprimat brut este realizată dintr-un strat izolator, de grosime care poate varia de la câteva zecimi de mm până la ordinul câtorva mm, pe care se află o folie de cupru (în strat simplu sau dublu). Stratul izolator are în general grosimea de 1,6 mm, dar această valoare nu reprezintă un standard, deoarece depinde de foarte mulți factori, în general mecanici si tehnologici. Uzual, ca izolator se folosește materialul cunoscut sub numele de FR4.

Circuitul imprimat final se realizează prin metode foto si chimice. Un circuit imprimat poate fi cu față simplă (strat conductor), față dublă, sau multistrat. Circuitele imprimate multistrat sunt realizate prin suprapunerea succesivă a mai multor circuite dublu strat, separate între ele printr-un strat izolator, de obicei din material identic cu cel al cablajului brut.

Impusă în ultimii ani ca principala metodă de fabricație a modulelor electronice, tehnologia montării pe suprafață (SMT) a permis realizarea de module electronice mai performante, mai fiabile, cu greutate, volum si costuri mai scăzute decât tehnologia anterioară, care utilizează componente cu terminale pentru inserție (THT – Through Hole Technology).

Dintre avantajele tehnologiei SMT, aș putea enumera următoarele:

• posibilitatea plantării componentelor de dimensiuni foarte mici

• rapiditatea plantării – 78000 de componente pe oră, la un nivel de precizie de 25 micrometrii.

• densitate mare de componente si multe conexiuni/componentă

• cost inițial si timp de punere în producție reduse

• posibilitatea plantării pe ambele părți ale circuitului imprimat

• rezistență si inductanță redusă la conexiuni

• o bună performanță la frecvențe înalte, precum si o bună performanță mecanică la șocuri si vibrații

Putem spune că tehnologia SMT are tiparele ei, o linie de plasare a componentelor fiind compusă, mai mult sau mai puțin, din anumite utilaje „standard”. În figura 4.1 este prezentată o linie de SMT în ansamblu, cu precizarea că această configurație poate diferi de la caz la caz, atât în funcție de complexitatea produsului cât si de cererile clienților.

Fig.2.1 Linie SMT – privire de ansamblu

Pe o astfel de linie, traseul produsului trece prin mai multe echipamente, fiecare echipament reprezentând câte un proces. Sistemul de transport al plăcilor electronice este format din două sine, una fiind fixă, iar alta mobilă, asigurându-se astfel o flexibilitate în ceea ce privește varietatea lățimilor de PCB-uri care pot fi procesate de masini.

2.1 Printarea PCB-ului

Mașina de printare (figura 4.3) este un echipament care, cu ajutorul unui șablon, construit special pentru particularitățile fiecărui produs, aplică pe placa electronică pasta conductoare, care ulterior va ajuta la lipirea componentelor SMD pe padurile de pe Această.

Elementele critice care trebuiesc setate la fiecare produs sunt :Racleta de aplicare a pastei,toolingul stencilul si programul cu parametrii specifici pentru fiecare produs.

Fig. 2.1.1 DEK Horizon 03iX

Setarea masinii de printat DEK:

Se alege toolurile aferente produsului:racletă,stencil(șablon),suport de sustinere a plăcii.

Fig.2.1.2 Racletă(stanga) si stencil(dreapta)

Fig.2.1.3 Sistemul de sustinere a plăcii (Gridlok)

Se selectează din interfata opțiunea Product changeover

Fig.2.1.4 Interfața principală

Se incarcă programul aferent produsului pe care îl rulam pe linie accesând opținea Load Product

Fig.2.1.5 Încarcarea progarmului

Se selectează opțiunea Open cover commands

Această optiunea permite deschiderea coverului masinii in conditii de siguranță

Fig.2.1.6 Deschiderea Cover-ului

Se selectează optiunea tooling pentru a seta tipul de tooling de sustine a plăcii la DEK.Există doua tipuri de tooling pini magnetici si/sau sistemul gridlok

Fig.2.1.7 Setarea toolingului

Schimbarea racletei de întindere a pastei pe stencil.Fiecare produs are un anumit tip de racleta care se determina pe baza dimensiunii plăcii si a tipului de pasta folosit la produs

Fig.2.1.8 Changeover/setare squegee

Calibrarea înălțimii squeegee -ului

Fig.2.1.9 Calibrare squeege

Se încarcă șablonul sau stencilul aferent modelului

Fig.2.1.10 Încacarea Stencilului

Se efectuează un aliniament stencil-placă pentru a preîntampina probleme de printing cum ar fi misprinting din cauza nesuprapunerii exacte a stencilului cu placa

Fig.2.1.11 Funcția de aliniere

Se adaugă pe stencil pastă

Fig.2.1.12 Adaugare pastă

În final DEK-ul este setat ca și in figura de mai jos

Fig.2.1.13 Mașina de printat DEK Horizon 01ix setată pentru operația de printare

Pasul final în procesul de printare îl constituie executarea comenzii Print din GUI în urma căreia mașina va printa efectiv placa

Fig.2.1.14 Comada de printare

2.1.1 Programarea mașinii de printat

Fig.2.1.1.1 Interfața grafică de programare

Se selectează functia create new product

Se determină care parametrii trebuie setați în program pe baza tabelului 1

După se s-au setat parametrii si valorile aferente se salvează programul

Tabelul 1 Parametrii și valorile parametrilor în procesul de printare

2.2Plasarea componentelor

Mașina pentru plantarea componentelor(Figura 2.2.1) are rolul de a poziționa componentele pe placa electronică, exact în locul destinat acestora. Aceste echipamente sunt construite în jurul unei platforme bazată pe tehnologia liniar magnetică, fără a întrebuința funcțiile vreunui motor rotativ. Această tehnologie permite masinii de plantat o viteză si o accelerație superioară tehnologiei clasice, comunicarea între subansamblurile masinii făcându-se cu ajutorul protocolului CAN.

Figura 2.2.1 Mașina de placement Siplace de la ASM

Setarea produsului în procesul de placement

Mașinile de placement Siplace se exploateaza folosind o suită de software-uri dedicate cum ar fi: ASM Siplace Pro,ASM Setup Center si LC GUI

Pași pentru setarea produsului:

Generea setup sheet-ului

Fig.2.2.2

Fig.2.2.3

1-Se selectează tab-ul Setup

2-Se selectează setup-ul

3-Click dreapta pe Imaginea grafică cu setup-ul

4-Se selectează submeniul Launch Report

Fig.2.2.4

1-Poziția feederului

2-Tipul de feeder

3-Diviziunile feederului

4-Componentă asignată feederului

5-Numărul shape-ului componentei

6-Imaginea grafică a componentei

Masa de changeover cu componente

Fig.2.2.5

1-gaura de centrare a feederului

2-bara de centrare fata

3-Profil omega de ghidaj a feederului pe masă

4-bara de ghidaj spate

Setarea rolei pe feeder

Pasi 1-8

Fig.2.2.6

Fig.2.2.7

Setarea pick-up position la componente

Fig.2.2.8

A-directia de înaintare a rolei

B-Locul de iesire al cover tape-ului

1-Pickup position pentru componente cu lătimea mai mică sau egală de 0.5 mm

2- Pickup position pentru componente cu lătimea mai mică sau egală de 1.5 mm

3- Pickup position pentru componente cu lătimea mai mică sau egală de 3.5 mm

4- Pickup position pentru componente cu lătimea mai mare de 3.5 mm

Schimbarea CO tables(mese de setup)

Fig.2.2.9

Se realizează fizic CO meselor în mașini apoi se confirmă în soft

Fig.2.2.10

Downloadarea programului pe linie

Fig.2.2.11

1-Rețeta care trebuie downloadată

2-Opțiunea de download

După downloadarea programului pe linie există situatii când mai trebuiesc setate nozzle adiționale

După ce setarea masinii a fost realizată se pornește procesul de placement prin selectarea segații verzi din interfața principală a software-ului mașinii

Fig.2.2.12

2.3 Lipirea prin reflow

2.3.1 Setarea produsului la reflow

Se selectează librăria cu rețete de reflow:

Fig.2.3.1.1

Se selectează rețeta produsului(rețeta produsului a fost generată pe baza profilului( Fig.2.3.2)

Fig.2.3.1.2

Se așteaptă stabilizarea temperaturilor după care plăcile intră automat în cuptor

Fig.2.3.1.3

2.3.2 Parametri în procesul de lipire

Cuptorul de lipire este, așa cum îi spune si numele, un echipament care folosește rezistențe de încălzire pentru a lipi componentele electronice cu ajutorul pastei de padurile de pe placa electronic. Cuptorul, prezentat în figura de mai jos, este format din mai multe zone, care se pot regla individual cu ajutorul frecvenței ventilatoarelor. În primele zone, PCB-ul este preîncălzit si pregătit pentru procesul real de lipire, după care în ultimele zone traversează zonele de răcire.

Fig.2.3.2.1 Rehm Vision XP+

Rețeta cuptorului este practic un profil cu un set de parametrii setați în functie de pasta,si masa termica a componentelor

Fig.2.3.2.2 Profilul termic al plăcii de control instron

Profilul este o curbă pe axa temperaturii(Y) și a timpului(X)

Fig.2.3.2.3 Profil eutectic general

Profilul se bazează pe specificațiile clientului, producătorului de pastă si masa termică a plăcii.

Pentru a aduce placile cu masa termică la un nivel uniform, se poate folosi dual soak profile. Zona pentru soak-ul preliminar trebuie să fie sub nivelul de activare a fluxului.

Unele componente (ex. Componentele opto-electronics) au limite speciale de reflow.

În tabelul nr. 2 sunt descrise parametrii profilului cu scopul de a prevenii distrugerea componentelor.

Tabelul 2

Pentru plăcile printate cu pastă fară plumb Pb free cerințele cu privire la profilul cuptorului si

implicit rețeta sunt mai speciale. Pentru Pb-free, este critic pentru a monitoriza:

Temperatura minimă comună de lipire.

Temperatura maximă a corpului componentei.

Temperatura bilei din mijloc si din exterior a zonei de rețele pentru a minimiza ΔT-ul componentei.

Utilizarea de azot depinde de placa finală, complexitatea placi si a pastei de lipit. Unele paste sunt foarte sensibile la nivelurile de O2.

Aerul în cuptor este acceptat, îmbunatățirea aspectului lipituri în comun crește semnificativ cu utilizarea de azot (O2 ppm < 1000) .

Azotul este recomandat pentru OSP .

Azotul este opțional pentru ImmAg si finisarea plăcilor din NiAu .

Fig.2.3.2.4 QFP lipit cu pasta Fig.2.3.2.5 QFP lipit cu pasta Pb-free

Pb-free în prezența aerului în prezența nitrogenului

2.3.2.1 Indicatoare de proces si identificarea acestora

Această secțiune arată defectele tipice de reflow.

Căldură excesivă.

Profilul este prea lung.

Tombstoning (figura nr. 2.3.2.1.2)

Se scade viteza conveiorului pentru a avea o temperatura uniformă pe componentă.

Non-Wetting (figura nr. 2.3.2.1.3)

Se crește perioada de soak pentru a avea timp destul pentru activarea fluxului.

Se crește cantitatea de azot în cuptor.

De-Wetting (figura nr. 2.3.2.1.4)

Prea mult timp peste lichid.

Capitolul 3. Procesul de inspecție optică automatizată(AOI),algoritmul de inspecție si generarea programului de inspecție

Inspecția optică automatizată (AOI) reprezintă un proces de inspecție vizuală automatizată a unui circuit imprimat (PCB), realizat în cadrul companiei Plexus cu ajutorul masinilor furnizate de compania Viscom.

În cadrul departamentului de Manufacturing &Process Engineering din cadrul Plexus România, procesul de inspecție optică automatizată este ultimul proces din cadrul liniilor SMT, aici realizându-se inspecția placii de control Instron.Placa de control este folosita de catre compania ITW pentru a controla echipamentul de testat proprietatile materialelor numit Instron.

3.1 Prezentarea masinii AOI – Viscom S6056 – generalități funcționare

3.1.1 Construcția si componența masinii

În cadrul companiei Plexus,masinile utilizate pentru inspecția optică automatizată sunt Viscom S6056. Mai departe este prezentată construcția unei asemenea masini (vezi figurile 3.1.1.2,3.1.1.2,3.1.1.3).

Fig.3.1.1.1 Imagine din față a sistemului de verificare a plăcilor electronice

1 – Coloana de semnalizare 8 – Ușa frontală

2 – Butonul STOP 9 – Proptele transversale

3 – Butonul PORNIRE 10 – Tastatură si maus

4 – Comutatorul pentru lumină 11 – Deschizătura pentru transport

5 – Ușa frontală cu canaturi 12 – Monitor

6 – Deschizătura pentru transport 13 – Butonul PORNIT

7 – Comutatorul principal 14 – Butonul OPRIRE DE URGENȚĂ

Fig.3.1.1.2 Vedere spate – sistemul de verificare a plăcilor electronice

1 – Ușa posterioară cu canaturi

2 – Manometru

3 – Ușa din spate

4 – Conducta de alimentare cu aer comprimat

5 – Butonul OPRIRE DE URGENȚĂ

Fig.3.1.1.3 Vedere în interior din spate

1 – Capul cu senzor

2 – Shuttle-ul intern – Transportă plăcile electronice pe calea frontală sau posterioară de transport

3 – Unitatea XY

4 – Calea posterioară de transport

5 – Calea frontală de transport

3.1.2 Principiul de bază al inspecției optice automatizate

Obținerea unei descrieri pentru imaginea supusă analizei presupune realizarea unei operații de segmentare a imaginii într-un număr de regiuni disjuncte, fiecare având un anumit grad de omogenitate în raport cu o anumită proprietate: nivel de gri, culoare, textură, modulul gradientului funcției imagine, etc. Realizarea unei segmentări corecte si complete în care regiunile separate pot fi puse direct în corespondență cu un anumit obiect din imagine sunt dificil de realizat. Pentru a descrie corect obiectele din imagine, procesul de segmentare trebuie să facă apel la o serie de informații suplimentare legate de tipul imaginii de segmentat si să coopereze cu alte module de nivel înalt utilizate ulterior segmentării în analiza imaginii.

În cele mai multe cazuri însă, procesul segmentării imaginii poate fi dus la bun sfârsit utilizând tehnici de procesare de nivel scăzut. Astfel de situații sunt cele în care imaginea constă dintr-un număr de obiecte situate pe un fond uniform, față de care există o diferență mare de contrast (de exemplu, componentele aflate pe o placă electronică).

Cea mai simplă metodă de segmentare, si cea utilizata în cazul inspecției optice automatizate de altfel, este binarizarea imaginii. Algoritmii de binarizare pot fi aplicați cu succes în cazul în care obiectele din imagine au un nivel de gri relativ constant, ce contrastează față de nivelul de gri asociat fondului. Această face ca separarea regiunilor din imagine să poată fi realizată fără prea mari dificultăți prin impunerea unui prag de binarizare, pe baza căruia fiecare pixel din imagine va fi clasificat ca fiind pixel de fond sau pixel de obiect. Presupunând că fondul imaginii are o culoare închisă, pixelii imaginii destinație (imaginea binarizată) vor putea fi etichetați conform următoarei reguli:

După cum se poate observa în relația de mai sus, operația de binarizare are un caracter local. Noua valoare asociată pixelului curent supus analizei depinde numai de valoarea pragului (granița) si de valoarea nivelului de gri propriu.

În figura 3.1.2.1 am prezentat un exemplu de binarizare a mai multor niveluri de gri cu o valoare a pragului egală cu 50.

Fig. 3.1.2.1 Exemplu de binarizare cu valoarea de prag = 50

Alegerea unui prag de binarizare corect este esențială pentru a obține rezultate în concordanță cu formele din imagine. Acest prag poate fi ales interactiv sau poate fi determinat utilizând diferite proceduri. Variații relativ mici ale valorii pragului de binarizare pot influența semnificativ rezultatul binarizării, după cum este prezentat în figura 3.1.2.2.

Fig. 3.1.2.2 Variații ale binarizării

Un exemplu de binarizare a unei imagini „în direct” de pe o masină AOI poate fi regăsit în figura de mai jos (figura 3.1.2.3):

Fig. 3.1.2.3 Exemplu de binarizare

3.1.3 Generalități de funcționare

Aceste sisteme inspectează plăcile electronice (PCB-urile) cu ajutorul camerelor ortogonale si unghiulare. Inspecția se realizează pe baza unor algoritmi care analizeaza componentele după mai multe criterii, dintre care se pot aminti următoarele: prezența sau absența componentelor, offsetul componentelor, prezența sau absența lipiturii, polaritatea componentelor, scurtcircuite, etc. (vezi figura 3.1.3.1).

Fig 3.1.3.1 Exemple de criterii de inspecție

Pentru inspecția componentelor heteropolare (SOT, SO, TO, QFP, PLCC, Gullwing si alte componente similare), există posibilitatea unei inspecții cu ajutorul unei camere poziționate la un unghi de 40o-50o (figura 3.1.3.2). Prin urmare, pentru această inspecție trebuie asigurată o distanță minimă față de componentele aflate in vecintatatea componentei inspectate.

Fig. 3.1.3.2 Poziționarea camerei unghiulare

Această distanță (G) este dependentă de înălțimea componentei vecine (H), dependență descrisă de următoarea formulă:

G ≥ 1,1 • H

,unde: G – distanța de la componentă la pad (suport)

H – înălțimea componentei.

Tabelul 3 prezintă o vedere de ansamblu asupra diferitelor familii de inspecție si aria lor generală de aplicație. Fiecare familie de inspecție este divizată în diferiți algoritmi, iar fiecare din acești algoritmi poate fi utilizat pentru o altă caracteristică de inspecție. Atribuirea culorilor ferestrelor de inspecție este afișată în editorul modelului de inspecție. O ajustare a culorii poate fi facută si în fisierul si_mode.xcol.

Tabelul 3 Vedere de ansamblu a familiilor de inspecție

3.2 Realizarea unui program de inspecție

Pentru crearea unui nou program de inspecție optică automatizată, sunt necesare următoarele elemente:

• fisierul .cad al produsului

• pozițiile fiducialilor (fisierul .ref)

• localizarea componentelor (desenul produsului)

• desenul plăcii

• o placă electronică populată

Odată avute aceste elemente, trebuiesc urmate următoarele etape pentru crearea noului program:

• generarea imaginii de ansamblu pentru stația de programare offline

• crearea unui nou plan de inspecție

• setările pentru detecția marginilor plăcii

• calibrarea plăcii electronice

• analiza fiducialilor

• atribuirea componentelor

• optimizarea de bază a programului

Sistemul Viscom utilizează mai multe fisiere de tip text pentru configurare si programare. Pentru a utiliza un program de inspecție care să poată fi utilizat pe mai multe sisteme, unele fisiere trebuiesc a fi stocate pe un server central, în timp ce altele sunt stocate local. În tabelul 4 sunt prezentate principalele tipuri de fisiere utilizate:

Tabelul 4 Principalele tipuri de fisiere utilizate

3.2.1 Desenul si componentele principale ale plăcii electronice

În desenul PCB-ului apar toate componentele acestuia, putând fi observate poziția lor si polaritatea, acolo unde este cazul. Desenul produsului pentru care va fi creat programul de inspecție este prezentat în figura 3.2.1.1:

Fig.3.2.1.1 Desen produs

După cum se observă în figura 3.2.1.1, produsul cuprinde o mare varietate de componente. Regăsim pe placa electronica condensatori,diode,conectori,tranzistori,rezistențe si diferite tipuri de circiute integrate. În figura 3.2.1.2 am prezentat schița tranzistorului de tip SOT223, ce poate fi identificat în desenul produsului ca si componenta V701. Tabelul 5 reprezintă dimensiunile reprezentate pe schiță, ce au valori cuprinse între o valoare minimă si una maximă (valori ce pot varia în funcție de furnizorul componentelor).

Fig.3.2.1.2 Schița tranzistorului de tip SOT223

Tabelul 5 Dimensiunile specifice tranzistorului de tip SOT223

În figura 3.2.1.3 am prezentat schița diodei de tip DO214AC. Tabelul 5.3 reprezintă dimensiunile reprezentate pe schiță, ce au valori cuprinse între o valoare minimă si una maximă (valori ce pot varia în funcție de furnizorul componentelor).

Fig.3.2.1.3 Schița diodei de tip TO252AA

Tabelul 6 Dimensiunile specifice diodei de tip DO214AC

Imaginea întregului panel al produsului este prezentată în figura 3.2.1.5, unde putem observa modul de panelizare si anume un singur PCB panelizat. După finalizarea proceselor din cadrul liniei SMT, produsul va fi transportat într-o altă zonă din fabrică unde va trece la următoarele faze ale producției.

Fig.3.2.1.5 Panelul produsului imagine AOI

3.2.2 Realizarea efectivă a programului de inspecție

Realizarea programului de inspecție va fi realizată urmând etapele enumerate la începutul capitolului.

3.2.3 Generarea imaginii de ansamblu

Imaginea de ansamblu este generată de masina AOI, pentru a fi mai apoi posibil să se lucreze cu Această la stația de programare offline. Pentru Această, este necesară o placă printată. Pasii care trebuiesc parcursi pentru această etapă sunt următorii: se deschide „Create overview image”, se introduce numele noului program, lungimea si lățimea PCB-ului (figura 3.2.3.1), si se pot seta si iluminarea si camera (figura 3.2.3.2).

Fig.3.2.3.1 Setare lungime si lățime PCB Fig.3.2.3.2 Setare iluminare si cameră

De asemena, se poate selecta formatul imaginii generate, si anume .jpg sau .hr (high resolution) dar si directorul unde va fi salvată Această. În partea de jos a ferestrei din figura 3.2.3.3 este afișată dimensiunea imaginii generate.

Fig. 3.2.3.3 Selectarea formatului imaginii de ansamblu

3.2.4 Crearea unui program de inspecție

Odată avute informațiile si datele necesare, se poate trece la crearea noului program de inspecție. Pentru Această, se apelează “Create inspection program”, funcție care deschide fereastra prezentată în figura 3.2.4.1:

Fig.3.2.4.1 Setarea numelui noului program de inspecție

La acest pas, selectăm „Create new inspection program” si introducem numele noului program, după care trecem la pasul următor: alegerea convertorului CAD al Viscom. Pasul următor constă în alegerea librăriei de componente utilizată pentru acest produs, introducerea lățimii, lungimii si a grosimii PCB-ului, dar si offsetul (vezi figura 3.2.4.2).

Fig.3.2.4.2 Setare dimensiuni PCB

Fisierele utilizate de softul Viscom sunt fisiere text, după cum am precizat la începutul capitolului. Fisierul de tip .cad este prezentat în figura 3.2.4.3:

Fig.3.2.4.3 Fisierul .cad al produsului

Fisierul .cad conține descrierea fiecărei componente a PCB-ului si, conform formatului Viscom, este structurat pe 8 coloane: prima coloană conține ID-ul componentei, așa cum poate fi regăsit în desenul produsului, iar a doua coloană precizează tipul componentei. Coloanele trei si patru reprezintă coordonatele componentei (unitatea de măsură fiind hmm) în sistem x-y, coloana a cincea conține unghiul la care este rotită componenta, coloana a șasea este formată din PN (Part Number – codul componentelor), iar ultimele două coloane sunt referitoare la istoric.

Următorul fisier utilizat, este fisierul .ref. Acesta conține descrierea poziției fiducialilor. Fiducialii sunt puncte de referință, folosiți pentru calibrarea si identificarea plăcii electronice. Pot avea diferite forme (cerc, romb, cruce, etc.), în cazul produsului de față fiind folosiți cei în formă de cruce. Când alegem fiducialii, vom avea în atenție să selectăm minim doi (pentru o mai bună identificare si poziționare a elementelor, se recomandă utilizarea a trei fiduciali), distanța dintre aceștia fiind cât mai mare, iar poziția fiecăruia să fie cât mai aproape de marginea plăcii electronice. Un exemplu de fiducial în formă de cruce poate fi observat în figura 3.2.4.4:

Fig.3.2.4.4 Fiducial în formă de cruce

La fel ca si fisierul .cad, si fisierul .ref este structurat pe 8 coloane, după formatul Viscom:

Fig. 3.2.4.5 Fisierul .ref – poziția fiducialilor

Trebuie menționat că orice rând dintr-un fisier text care începe cu caracterul „*” se consideră a fi „comentat”, si nu va fi luat în considerare sau nu va afecta în vreun fel funcționarea programului de inspecție.

Ambele fisiere prezentate mai sus, respectiv .cad si .ref, sunt fisiere specifice fiecărui produs, care sunt furnizate de către client. Aceste date specifice fiecărui client sunt convertite cu ajutorul convertorului CAD al Viscom într-un format specific, datele fiind convertite în coloane separate de spații sau alte separatoare (vezi figura 3.2.4.6).

Fig. 3.2.4.6 Convertorul CAD

După conversia datelor, este afișat un fisier de tip log, având posibilitatea de a revizui pasii executați anterior (figura 3.2.4.7):

Fig.3.2.4.8 Fisierul .log

3.2.5 Detectarea marginilor plăcii electronice

Detectarea marginilor este folosită pentru a determina marginea stângă sau cea dreaptă, verificând astfel poziția relativă a PCB-ului în sistem. Odată deschis meniul „Edge-Detection”, pot fi setate camera si iluminarea folosite pentru detecția marginilor (figura 3.2.5.1).

Fig. 3.2.5.1 Parametrii pentru detecția marginilor PCB-ului

După setarea anumitor parametri, se efectuează un test, al cărui rezultat este afișat în fereastra din figura 3.2.5.2. Imaginea din partea de sus a ferestrei este oferită de camera live, pentru a fi analizată. Imaginea din mijloc prezintă luminozitatea profilului imaginii de sus; luminozitatea profilului din partea stângă este mai mică, toți pixelii fiind gri (cu o valoare de aproximativ 128), iar luminozitatea părții drepte are o valoare mult mai mare, din moment ce toți pixelii sunt albi (aproximativ 255). Imaginea de jos afișează gradientul imaginii din mijloc; mai exact, ia în considerare numai schimbările de luminozitate. Vârful din mijloc este rezultatul schimbării de luminozitate de la deschis la închis, si reprezintă marginea PCB-ului.

O margine validă este considerată în locul unde vârful este “tăiat” de linia albastră:

Fig.3.2.5.2 Testul pentru detecția marginii PCB-ului

3.2.6 Calibrarea PCB-ului

Calibrarea PCB-ului se face pentru a cunoaste poziția si rotația PCB-ului în sistem. Cu ajutorul acesteia, coordonatele PCB-ului sunt atribuite coordonatelor sistemului AOI. Pentru început, se setează camera si iluminarea folosite pentru acest pas (vezi figura 3.2.6.1).

Fig.3.2.6.1 Setarea parametrilor video pentru calibrarea plăcii electronice

După ce se alege un punct cunoscut de pe PCB (se recomandă alegerea unui fiducial), cu ajutorul butoanelor „Invert X/Invert Y/Swap X/Y”, planul poziției componentelor este rotit pentru a corespunde poziției componentelor (x) si a fiducialilor (+) PCB-ului din sistem (vezi figura 3.2.6.2).

Fig.3.2.6.2 Poziționarea punctului de referință pentru calibrare

Ulterior, se mai pot ajusta pozițiile fiducialilor în cadrul meniului “Exact positioning”, cu care se fac reglaje mai fine ale poziției.

Înainte de a finaliza calibrarea PCB-ului, se recomandă verificarea poziției altor elemente de pe PCB, pentru a ne asigura că semnele de identificare corespund poziției componentelor.

3.2.7 Analiza fiducialilor

Pentru a inspecta fiducialii, se alege șablonul de inspecție specific pentru forma fiducialilor de pe placa electronică; cum în cazul de față aceștia sunt în formă de cruce, vom alege tiparul WREF_CROSS, prezentat în figura 64:

Fig.3.2.7.1 Șablonul WREF_CROSS

În cazul acestei forme de fiducial, analiza este împarțită în trei etape: primul pas constă în identificarea fiducialului (figura 3.2.7.2 a), al doilea în ajustarea șablonului (figura 3.2.7.2 b), iar al treilea în calcularea centrului fiducialului (figura 3.2.7.2 c).

a b c

Fig. 3.2.7.2 Etapele analizei unui fiducial

3.2.8 Asignarea componentelor

Această etapă constă în atribuirea de șabloane de inspecție componentelor plăcii electronice. Odată deschis modul „Component Assignment” (vezi figura 3.2.8.1 ), este afișată lista componentelor programului de inspecție. Șabloanele pot fi importate din librării (librăria utilizatorului, librăria de componente, etc.); în cazul de față, librăria ce urmează a fi accesată este stocată pe un server.

Fig.3.2.8.1 Asignarea componentelor

Statusul diferitelor tipuri de componente poate fi:

• not assigned: pentru acest tip de componentă nu a fost asignat niciun șablon de inspecție

• assigned: a fost atribuit un șablon dintr-o librărie

• finished: fisierele .cle si .mac corespunzătoare acestui șablon de inspecție au fost copiate în directorul CLI al acestui nou program de inspecție

Pentru a asigna un șablon, se selectează tipul componentei, după care se apasă simbolul . Prima poziționare si fereastra de probă sunt afișate în fereastra camerei, după care putem importa un șablon de inspecție din librărie selectând unul si confirmând cu „Enter”. În fereastra camerei sunt afișate zonele active (marcate cu linie continuă) si cele inactive (marcate cu linie întreruptă) – vezi figura 3.2.8.2.

Șablonul importat este afișat pe componentă, după care se verifică dacă acesta este poziționat corect. Odată importat șablonul, statusul tipului respectiv de componentă se modifică în „Assigned”.

Fig.3.2.8.2 Șablon de inspecție

După asignarea unui șablon, meniul ne oferă posibilitatea să îl rotim, să îl anulăm, sau să îl aplicăm (figura 3.2.8.3 ):

Fig.3.2.8.3 Opțiuni privind șablonul unei componente

Se selectează aplicarea asignării, după care se deschide fereastra din figura 3.2.8.4. În această fereastră avem posibilitatea să introducem numele șablonului:

Fig.3.2.8.4 Introducerea denumirii șablonului de inspecție

Asignarea componentelor este considerată finalizată când toate componentele au statusul “Finished”, după care se generează datele, selectând simbolul .

Șabloanele de inspecție asignate sunt predefinite, în funcție de tipurile de componente folosite. Un șablon predefinit este format din cel puțin un algoritm de analiză, numărul algoritmilor crescând în funcție de complexitatea construcției componentei.

Cel mai răspândit tip de componente folosit în tehnologia SMT este chip, cum ar fi condensatorii si rezistențele. Acest tip de componente este definit după dimensiune, fapt care face ca si șabloanele de inspecție pentru acestea să fie definite, de asemenea, după dimensiune.

La inspecția acestui tip de componente, șablonul folosit este compus din algoritmii de analiză MENI 9 si GENR 0, pe care îi voi descrie în continuare.

MENI 9 este un algoritm care inspectează poziția, prezența si lipitura unei componente chip cu două terminale. Acest algoritm este o analiză împărțită în următorii trei pasi: analiza contrastului, binarizarea imaginii si poziționarea zonelor de inspectie si clasificare. Imaginea care urmeaza a fi analizata este cea din figura 3.2.8.5.

Fig.3.2.8.5 Imaginea supusă analizei

La primul pas, în centrul ferestrei de analiză este afișată imaginea originală, algoritmul efectuând o analiză a contrastului. Valorile de gri ale imaginii originale (minim 19, maxim 239) sunt determinate si afișate în fereastra de analiză prezentată în figura 3.2.8.6.

Fig.3.2.8.6 Analiza contrastului

Valoarea „diff:220” se referă la diferența de contrast dintre valoarea minimă si cea maximă de gri din imagine. În cazul în care contrastul este prea mic, se presupune că nu avem o imagine validă, analiza fiind oprită.

În figura 3.2.8.7 sunt prezentați toți parametrii geometrici si ferestrele lor individuale, iar în tabelul 6 am prezentat si o scurtă descriere a fiecărui parametru:

Fig.3.2.8.7 Parametrii geometrici MENI 9

Tabelul 6 Descriere parametri geometrici MENI 9

Următorul pas constă în binarizarea imaginii originale, așa cum se poate observa în figura 3.2.8.8. În partea din stânga jos a imaginii, se poate observa imaginea originală binarizată cu o valoare de prag prestabilită. Pentru a clarifica imaginea binarizată, putem folosi eliminarea unui segment, ceea ce înseamnă că suprafețele mici a căror valoare de gri diferă de cea din jurul lor vor fi eliminate din imagine. Imaginea obținută după acest procedeu se poate observa în dreapta jos.

Fig.3.2.8.8 Binarizarea imaginii originale

Al treilea pas constă în concordanța șablonului si clasificare. Șablonul setat (care are o formă dreptunghiulară) se auto-poziționează pe imaginea binarizată sau cea segmentată (figura 3.2.8.9), fiind aleasă imaginea care oferă valoarea cea mai mare de concordanță, si se aduce în fiecare poziție posibilă a imaginii pentru a verifica criteriul de mai sus.

În fiecare poziție, media valorii de gri a dreptunghiului este verificată si este calculată diferența dintre dreptunghiurile negre si cele albe. Poziția cu cea mai mare diferență dintre valorile de gri este poziția unde criteriile de clasificare sunt cel mai bine îndeplinite.

Fig.3.2.8.9 Poziționarea șablonului de inspecție

Parametrii importanți pentru clasificarea imaginii sunt prezentați in tabelul de mai jos:

Tabelul 7 Parametrii importanți pentru clasificare

Următorul algoritm folosit de acest șablon de inspecție este GENR 0. Acesta verifică prezența unei componente sau a unei componente răsturnate. Pentru ambele cazuri, iluminările trebuie setate astfel încât să existe un contrast bun între componentele care sunt clasificate ca „bune” sau „rele”.

Analiza unei componente cu ajutorul algoritmului GENR 0 este prezentată în figurile 3.2.8.10 si 3.2.8.11, iar parametrii importanți utilizați de această analiză sunt descrisi în tabelul 8.

Fig.3.2.8.10 Fereastra de inspecție GENR 0

Fig.3.2.8.11 Descrierea analizei cu algoritmul GENR 0

Tabelul 8 Descriere parametrii GENR 0

Imaginea cu mai multe nuanțe de gri este afișată în colțul din stânga sus al figurii 77 Această imagine este binarizată cu valoarea de prag P_THR_BIN; dacă valoarea parametrului P_SEG_ESIZ este mai mare decât 0, zonele cu nivelul de gri mai mic decât P_SEG_ESIZ sunt eliminați din imaginea binarizată.

În fereastra de analiză, prima oară este afișat numărul total de pixeli (no_points: 529), împreună cu parametrul P_CLA_THR (370 si 70% în cazul de față), care reprezintă procentul maxim de pixeli verzi acceptați. Apoi sunt numărați toți pixelii cu valori de gri mai mari sau mai mici decât valoarea de prag a binarizării; parametrul P_THR_MOD determină care pixeli vor fi luați în considerare, aceștia fiind afișați cu culoarea verde în fereastra de analiză (211 si 21% în acest caz). Numărul este calculat ca procent (21%) din numărul total de pixeli din imagine (211). Parametrul P_CLA_MOD determină dacă numărul pixelilor trebuie să fie mai mare sau mai mic decât pragul de binarizare P_CLA_THR.

3.2.9 Optimizarea de bază

În acest mod de lucru se optimizează șabloanele de inspecție care au fost importate în etapa de asignare a componentelor. În fereastra camerei se pot observa ferestrele de inspecție (vezi figura 3.2.9.1), care odată selectate sunt afișate cu contur roșu:

Fig.3.2.9.1 Optimizarea de bază

Ferestrele afișate cu linie continuă folosesc aceeasi cameră si acelasi tip de iluminare pentru inspecție precum fereastra selectată, iar ferestrele afișate cu linie punctată sunt inspectate cu o cameră si/sau iluminare diferită.

Șablonul de inspecție poate fi optimizat direct în modul „Basic Optimization”. Odată selectată o fereastră de inspecție, Această este împărțită în patru zone, cu ajutorul cărora vom putea optimiza șablonul, după cum se observă în figura 3.2.9.2 :

Fig.3.2.9.2 Fereastra modului „Basic Optimization

Modificările efectuate asupra șablonului de inspecție se salvează cu ajutorul butonului din bara de navigație. Aceste modificări vor fi salvate în fisierul .mod, deschizându-se apoi fereastra din figura 3.2.9.3.

Fig.3.2.9.3 Salvarea fisierului .mod

Odată finalizat acest pas, crearea programului de inspecție optică automatizată a produsului este considerată ca fiind finalizată. Totusi, în timp există posibilitatea ca dimensiunile diferitelor componente folosite să varieze; odată cu aceste modificări dimensionale, poziția șabloanelor folosite pentru inspecția respectivelor componente nu va mai fi una optimă, ceea ce va rezulta într-un număr mare de erori apărute la stația de clasificare. Astfel, optimizarea programelor de inspecție este un pas care se efectuează constant, la anumite perioade de timp.

4.Concluzii

Prezenta lucrare cuprinde patru părți esențiale:Printarea plăcii de control,plasarea componentelor,lipirea în cuptor și cheia proiectului, realizarea unui program de inspecție optică automatizată pentru unitatea de control Instron de la ITW

Proiectul de licență a fost realizat în cadrul unității de producție Plexus Oradea,cu îndrumarea departamentului de Process&Manufacturing Engineering. În cadrul acestui proiect am expus sumar pașii de producție al unităților de control Instron din cadrul liniilor de producție SMT, iar atenția a fost acordată procesului AOI – Automated Optical Inspection.

5.Bibliografie

VISCOM, 2011. Basic Training Manual

VISCOM, 2013. Advanced Programming

IPC, 2005. Acceptability of Electronic Assemblies

Plexus DCS.Process Specification – Inspection Requirements, Fine Timing and Monitoring – Document intern Plexus CORP

Plexus DCS.Printing process- Document intern Plexus CORP

Plexus DCS.Placement process- Document intern Plexus CORP

Plexus DCS.Reflow process- Document intern Plexus CORP

ASM DEK Printing machine,2018.Technical & User manual

ASM Siplace Placement machine,2018.Technical & User manual

Rehm Vision XP+ oven,2018.Technical & User manual

www.researchgate.net. SMT Technology