Aplicaciones de medición e inspección en el empaquetado
por el Dr. George T. Ayoub, Presidente y CEO, MVP Inc.
Las soluciones de inspección AOI de alta velocidad han sido bien recibidas por más de dos décadas por varios sectores de la industria, como SMT tradicional, automotriz y fabricación de PCB. Las soluciones innovadoras, la calidad incorporada, la fiabilidad, el bajo mantenimiento y las capacidades de inspección de alta velocidad de última generación han atraído a varios líderes de la industria y a potencias de ensamblaje de alto volumen en todo el mundo.
El año pasado, MVP introdujo otra línea innovadora de productos que ha revolucionado la tecnología AOI en varios sectores de la industria electrónica. Dirigida a aplicaciones de empaquetado, la nueva plataforma fue diseñada para cumplir y superar los complejos requisitos de ensamblaje de Fabricación de Alto Volumen actuales. La naturaleza configurable de la plataforma la convierte en una opción AOI de alta velocidad perfecta para muchas aplicaciones en líneas complejas e híbridas de ensamblaje C4 + SMT.
♦ Una nueva plataforma de inspección para aplicaciones de empaquetado
La demanda del mercado de nuevos productos electrónicos ha avanzado rápidamente con un deseo creciente de características elegantes, movilidad y mayor funcionalidad integrada. Los requisitos de diseño agresivos exigen factores de forma más pequeños, forzando reducciones en las tres dimensiones. La funcionalidad integrada, por otro lado, impulsa una mayor mezcla de componentes SMT con características más pequeñas y perfiles más bajos. Esta tendencia proporciona un desafío significativo para la integración del producto, especialmente en el área del ensamblaje de empaques.
La inspección en tiempo real, con los “ganchos” adecuados para proporcionar retroalimentación significativa y salida de información fácil de interpretar, ahora puede permitir que líneas de ensamblaje complejas sean más eficientes en la gestión de procesos ascendentes y descendentes en términos de rendimiento de línea, utilización, productividad general y rentabilidad. La plataforma fue diseñada con todas estas consideraciones en mente para satisfacer las necesidades AOI actuales y futuras.
Una plataforma configurable, dependiendo de la aplicación, utiliza diferentes sistemas electro-ópticos y/o sistemas de manipulación de materiales que pueden combinarse para cumplir diversos requisitos de procesamiento. Sin embargo, la plataforma base es la misma para todas las aplicaciones. La similitud entre diferentes configuraciones mejora la utilización general de líneas de ensamblaje complejas. Una vez que se haya brindado la capacitación básica, los operadores de equipos pueden cambiar de proceso con mínima capacitación, ya que el mismo sistema operativo e interfaz se comparten entre todas las configuraciones. Otras ventajas clave incluyen la gestión de repuestos y el mantenimiento del equipo. Una gran parte de los mismos componentes se comparte entre todas las configuraciones, lo que, en última instancia, ayuda a reducir el número de piezas de repuesto en inventario, mejora la solución de problemas y facilita el mantenimiento periódico.
Todas las configuraciones están equipadas con una base de granito sólido para mejorar la precisión general de la inspección. Un marco de alta precisión para complementar la base de granito, una única cámara de color de 4 megapíxeles y una iluminación LED programable permiten la adquisición de imágenes repetible a alta velocidad “sobre la marcha”, con una resolución de campo de visión de 3–25 μm/píxel. La lente telecéntrica es una opción adicional para aumentar la precisión de inspección requerida para ciertas aplicaciones.
Se ha prestado especial atención al sistema de manipulación de materiales para asegurar la máxima flexibilidad y cumplir con los estándares de bandejas JEDEC, portadores metálicos, PCB desnudos y también tiras delgadas. Todas las plataformas pueden configurarse como carril simple o doble. Los pedestales de soporte y el sujeción automática de tarjetas también son opcionales para un registro y manipulación más precisos. Las comunicaciones ascendentes y descendentes se han tenido en cuenta con control PLC flexible, interfaz SMEMA y capacidad de automatización total para transferir los datos de rendimiento y recetas específicas a los servidores de gestión de línea.
La plataforma viene con un paquete SPC integrado y potente. Se recopila continuamente una gran cantidad de resultados de inspección valiosos, que pueden graficarse en tiempo real en diferentes formatos para ayudar en la solución de problemas y mantener una línea de ensamblaje de alto rendimiento. La programación y depuración fuera de línea están disponibles para minimizar la interrupción de la producción. Un software de programación basado en bibliotecas impulsado por CAD reduce el tiempo de creación y prueba de nuevas recetas.
Con la evolución en continuo crecimiento de la tecnología de empaquetado, especialmente en el empaque orgánico y el procesamiento de paquetes delgados, la necesidad de AOI continúa aumentando. La plataforma MVP 850G fue diseñada específicamente para abordar todas las necesidades de ensamblaje de empaquetado de nueva generación. La herramienta puede configurarse para realizar inspección de pasta 3D, inspección de flux en 2D (sin aditivos fluorescentes), inspección de componentes de C4 Die y SMT (pre y post-reflujo simultáneamente), inspección de epóxico bajo relleno C4 (extensión, calidad, filete, etc.), acabado superficial (rasguños, daños, etc.), wire bond, adhesivos y sellantes, SMT tradicional (pre y post-reflujo) y muchas más aplicaciones. La herramienta puede colocarse en línea o fuera de línea según el diseño de ensamblaje y las necesidades del proceso.
♦ Sistema de Metrología para Colocación de Die
A MVP se le presentó un desafío por parte de uno de sus principales clientes para proporcionar una solución para la medición e inspección precisa de dies colocados sobre un sustrato. Como la colocación de estos dies es crítica para la fiabilidad del producto, la ingeniería y la gerencia de MVP iniciaron un proyecto para desarrollar una herramienta de metrología e inspección.
La herramienta debía ser un sistema robusto basado en metrología, capaz de una repetibilidad en X e Y de 1.3 micras, reproducibilidad en X e Y de menos de 2 micras, repetibilidad y reproducibilidad de rotación del die no superiores a 0.007 grados y una precisión general entre diferentes herramientas que no superara las 10 micras en total.
Con años de experiencia utilizando diversos enfoques de inspección en distintos sectores de la industria, un grupo de trabajo comenzó a especificar una nueva herramienta de inspección que cumpliera los requisitos del cliente. La herramienta no solo debía inspeccionar la colocación del die en el sustrato tanto antes como después del reflujo, sino también inspeccionar el acabado superficial, incluidos arañazos e irregularidades en la superficie del die.
Otras capacidades incluirían la inspección de componentes de montaje superficial como 0204, 0201, 0603 IDC, 0402, redes de resistencias e incluso QFPs de 12 mil de pitch.
Para cumplir con la variedad de requisitos de inspección se desarrolló un módulo electro-óptico propietario. Los estudios de resolución mostraron que un tamaño de píxel de 16 μm es adecuado para cumplir los requisitos de velocidad y precisión. El módulo electro-óptico utiliza una lente telecéntrica y una fuente de iluminación tricromática complementada por una fuente de luz blanca. Esto garantizó visibilidad a los defectos SMT así como una mejor relación señal-ruido para los bordes.
El software de la plataforma está equipado con una variedad de algoritmos de inspección existentes, incluyendo detección de bordes subpíxel, detección de defectos superficiales, algoritmos SMT pre y post-reflujo y algoritmos de metrología.
Otro desafío significativo fue cumplir la cantidad de unidades por hora requeridas para inspección. En el rango de 3000–4000 UPH se requirió la utilización de registro concurrente de fiduciales e inspección, lo que permitió un ahorro significativo de tiempo durante el ciclo de inspección.
El sistema debía proporcionar capacidad de doble carril, funcionando efectivamente en tándem con el equipo de producción existente para mantener el UPH de la línea. Otros desafíos incluían los requisitos para integrar SECS/GEM y trazabilidad de lotes en la herramienta de inspección.
Otro parámetro crítico fue el tiempo en funcionamiento del sistema, con una especificación base de más del 98.5% de disponibilidad de producción. Una vez más, la plataforma superó este requisito proporcionando más del 99% de tiempo en funcionamiento.
En los gráficos siguientes puede verse cómo la plataforma no solo cumplió con las especificaciones del cliente, sino que las superó significativamente.
♦ Repetibilidad y Reproducibilidad Sigmas
♦ Prueba de Comparación con Sistema de Referencia
El siguiente gráfico muestra resultados de uno de los sistemas basados en metrología. Dieciséis dies con varios offsets (DX) fueron medidos por un sistema de referencia y por el sistema de metrología de colocación de dies. Nótese que la pendiente es 1.032 de un ajuste de regresión lineal y el valor R-cuadrado es 0.99. El sesgo es de 1.4147 micras.
No solo MVP tuvo éxito en la implementación de la primera herramienta para el cliente, sino que desde entonces ha proporcionado más de 50 sistemas similares al mismo cliente, todos los cuales han pasado rigurosas rutinas de prueba antes de su aceptación.
Con la transición desde la inspección SMT tradicional hacia capacidades de inspección microelectrónica, MVP ha demostrado que su fortaleza reside en soluciones de inspección de alto rendimiento, flexibles e innovadoras.
