Metode si sisteme de control al calitatii contactarii

Metode si sisteme de control al calitatii contactarii

1. Standarde de referinta

Sistemul de standardizare romanesc nu este actualizat la nivelul cerintelor actuale si de perspectiva ale tehnologiei electronice. Pe plan mondial sau dezvoltat organizatii specializate care promoveaza standarde in domeniul tehnologiei electronice si packagingului. Printre aceste asociatii se numara:

• IPC - Association Connecting Electronics
• Japan Printed Circuit Association (JPCA)
• Wiring and Harness Manufacturers Association (WHMA)
• Electronic Industries Association (EIA)
• Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC)
• National Electronic Manufacturing Initiative (NEMI)
• American National Standards Institute (ANSI)
• European Federation of Interconnection and Packaging (EFIP)

IPC a dezvoltat o familie larga de standarde pe domenii specifice tehnologiei electronice si packagingului: - asamblarea modulelor electronice, fabricarea pcb, proiectarea pcb si a modulelor electronice.

Practic, sunt utilizate standardele:

IPC-A-600, Acceptability of Printed Wiring Boards

J-STD-001, National Soldering Standard -Hand-Soldering Training and Certification

IPC-7711 and IPC-7721, Rework and Repair Training and Certification

IPC-A-610, Acceptability of Electronics Assemblies

IPC/WHMA-A-620 "Requirements and Acceptance for Cable and Wire Harness Assemblies

IPC-7351A, Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standards

2 Inspectie optica

In industria electronica, inspectia optica este larg raspandita in toate fazele de productie, de la receptia materialelor si componentelor, in fazele proceselor de productie pana la receptia finala. executa vizual direct sau cu utilizarea unor instrumente optice auxiliare. Operatia se executata:

- automat pe liniile de fabricatie (on line) cu echipamente optice specializate pentru liniile de fabricatie;

- semiautomat (off line) cand se utilizeaza echipamente optice speciale indepentente de liniile de fabricatie;

- manual de catre operatori, vizual direct sau cu utilizarea unor instrumente optice auxiliare, lupe sau microscoape.

Statia de reparatii METCAL APR5000 (Fig. 7.1) este in complet cu sistemul de inspectie optica VPI-1000, care are distanta focala 0-76mm, poate marii de 100x la maxim 175x si permite o serie de masuratori de precizie. Rezultatul este preluat direct pe calculator (Fig. 7.5).

a. b.

Fig. 7.3. a, b. Sistemul de inspectie optica VPI-1000    Fig. 7.4. Miscope MV-40

a. b.

Fig. 7.5. a, b. Inspectie optica lipituri BGA

Pe linia de fabricatie sau pentru completarea inspectiei X-Ray, este foarte util un microscop portabil pentru inspectia optica de detaliu. Un asemenea tip de microscop este MISCOPE MV-40, care este de dimensiunea unui mouse, poate fi tinut in mana si este conectat la un laptop, oferind astfel un sistem de inspectie optica portabil. Are posibilitatea de marire 40x si 140x, la o rezolutie de 4µm pentru marirea de 140x. Campul de analiza in lumina normala sau ultraviolete este de 6x8mm pt 40x si 1.5x2mm pentru 140x. Permite masuratori de precizie prin softul de analiza cu care este livrat.

Comparativ cu sistemul de inspectie X-Ray (Tab. 7.1) se observa ca ofera mai multe posibilitati de analiza externa dar nu permite analiza de structura. Concluzia este ca aceste sisteme de inspectie sunt complementare.

Tab. 7.1. Comparatie inspectie X-Ray / optica

3. Tehnologia X-Ray

Echipamentul de test este un Analizor cu raze X (X-Ray Analyser, Phoenix, v. figura 7). Cel mai mic detaliu detectabil cu acest echipament este de 1 μm. Componentele principale ale analizorului sunt tubul pentru raze X (X-Ray Tube), intensificatorul de imagine si detectorul digital. Intr-un tub cu vid electronii sunt emisi de catre un filament incalzit si apoi sunt accelerati spre un anod de diferenta de potential, U_acc. Electronii accelerati trec printr-o gaura a anodului si intra in campul unei lentile magnetice care focalizeaza fasciculul electronic intr-un mic spot de cativa microni in diametru pe tinta. Tinta consta intr-un strat subtire de tungsten depus pe o placheta usoara de metal care serveste totodata ca fereastra de iesire pentru radiatia X. In stratul de tungsten electronii sunt brusc decelerati, de unde sunt generate razele X.

 

Fig. 3.1. Analizorul cu raze X  Fig. 3.2. Conversia razei X in domeniul vizibil

De aici, spotul focal reprezinta o foarte mica sursa de raze X care permite cele mai patrunzatoare imagini cu rezolutia de ordinul micrometrilor. Curentul fasciculului de electroni este controlat de polarizarea tensiunii U_g prin intermediul electrodului grila Wehnelt. Un set de bobine de deflexie aliniaza fasciculul de electroni cu axa optica a lentilelor. Deoarece spotul focal este situat la o mica distanta de cel mult 0.4mm de fata opusa a ferestrei de iesire, conul de raze X se imprastie sub un unghi de 170˚.

Dupa ce ajunge la intrarea intensificatorului imaginea invizibila a umbrei rezelor X este convertita in lumina vizibila prin intermediul unui cristal avand proprietatea de scintilatie. De la fotocatod aceasta raza de lumina elibereaza un fascicul de electroni care acum poarta informatia despre imagine. Electronii sunt accelerati si focalizati de un camp electric spre un ecran de fosfor unde se produce o imagine stralucitoare si vizibila ce poate fi captata de o camera CCD digitala. Ilustrarea conversiei in domeniul vizibil este redata schematic in figura

Imaginea umbrei de raze X este convertita de o folie scintilator in lumina vizibila care este detectata direct de o arie de fotodiode. Principalele avantaje ale acestei tehnici sunt imaginea nedistorsionata, dinamica marita si rezolutia contrastului superioara.

   

Fig. . Magnitudinea Fig. . Absorbtia razelor X de diferite materiale

Principiul operarii este urmatorul: capsula este iradiata cu un fascicul conic de raze X astfel incat o imagine marita apare pe un detector. Punerea in evidenta a unui defect prin intermediul imaginii este posibila datorita urmatoarelor caracteristici: magnitudine, rezolutie si contrast.  Rezolutia realizabila este in principal determinata de dimensiunea sursei de raze X. Magnitudinea este data de geometria fasciculului de raze X, M =d/o (v.figura 9) si poate avea valori cuprinse intre 1000 si 2500. Recunoasterea unei caracteristici individuale ale obiectului depinde de contrastul introdus de aceasta caracteristica pe imagine. Din punct de vedere fizic, contrastul provine din absorbtia diferita a razelor X de catre diferite arii ale obiectului, care poate fi datorata variatiei grosimii sau variatiei materialului. In figura 10 este ilustrat acest lucru: obiectul A are aceeasi grosime ca si obiectul 2, dar absoarbe mai mult razele X datorita unei densitati mai mari sau a unui numar atomic mai mare al materialului. Obiectul C, care este din acelasi material ca si obiectul B, absoarbe mai putina radiatie decat acesta din urma pentru ca are grosimea mai mica.

O problema inca in dezbatere este daca examinarea voidurilor este o problema de energie a nivelelor razelor X sau a unghiului fasciculului. Extreme in energia nivelelor pot rezulta fie dintr-o trecere falsa, fie dintr-o cadere falsa. Spre deosebire de alte criterii de test unde verdictul Acceptat/Neacceptat este specificat de o anumita componenta a unui echipament, inspectia cu raze X nu este standardizata. Tipul de voiduri nu este specificat (spre exemplu, voiduri la suprafata sau voiduri in interiorul lipiturii). IPC recomanda ca aria maxima a unui void sa nu depaseasca 25% din suprafata unui ball. Facand un mic calcul geometric rezulta ca nici un void nu trebuie sa aiba diametrul mai mare decat raza ballului.