Artículo

por Paul Groome, Machine Vision Products

Publicado en US-Tech en febrero de 2018

Cuando Machine Vision Products, Inc. (MVP) fue fundada hace 25 años, los teléfonos móviles estaban en su infancia y la electrónica portátil simplemente no existía. La mayoría de la fabricación era de tecnología through-hole, el i486 era la plataforma informática principal y Windows 3.1 era moderno y novedoso. El Dr. George T. Ayoub creó la empresa en una época en la que nadie había visto un smartphone, un televisor de pantalla plana, un reproductor MP3, una unidad de estado sólido, un sistema GPS, un coche híbrido, una fotografía digital y muchas otras tecnologías que hoy son ubicuas. Y, ¿quién podría haber previsto el impacto que tendría Internet?

En 1993, el uso de teléfonos móviles en EE. UU. había crecido hasta 11 millones de usuarios, mientras que en 2017, el 81 % de la población —aproximadamente 265 millones de personas— tenía un teléfono móvil. En aquella época, el procesador Sparc —la plataforma informática original de MVP— tenía 0,8 millones de transistores. Hoy, el procesador Xeon utilizado en los sistemas de MVP contiene hasta 7,2 mil millones de transistores. Cuando se fundó la compañía, existían solo 50 servidores web (www) en todo el mundo. Ahora, más del 50 % de la población mundial tiene acceso a la web.

La velocidad del cambio tecnológico y de la evolución de la fabricación en la industria electrónica ha sido exponencial. Famoso por su predicción sobre la duplicación del número de transistores en los circuitos integrados aproximadamente cada dos años, el expresidente de Intel, Gordon Earle Moore, seguramente estaría orgulloso.

Nuevos Desafíos por Delante

MVP siempre se ha esforzado por ofrecer innovaciones, soluciones y capacidades que satisfagan las necesidades de un mercado en rápida evolución. Esto incluye control estadístico de procesos (SPC) para AOI, SPI y 3D AOI, iluminación multiespectral, inspección multicámara, inspección de wire-bond y metrología de die.

A principios de la década de 1990, un sistema con una resolución de 1 a 2 mil (25 a 50 μm) podía ser adecuado para inspeccionar una placa base 486. En 2017, una resolución de 0,4 a 0,6 mil (10 a 15 μm) era suficiente para el ensamblaje básico de componentes. Pero, de cara al futuro, se requerirán resoluciones de un solo dígito en micras para el hardware electrónico clave.

La próxima generación de componentes en chip está desafiando la inspección SMT con geometrías de 5 mil (125 μm) y filetes de soldadura por debajo de 1 mil (25 μm). Incluso la expansión térmica de la placa puede cambiar dramáticamente la posición de estos componentes, por lo que se necesitarán técnicas especiales de registro. Con sus plataformas 2020, 850, Spectra, Supra y Ultra, MVP está bien posicionada para ofrecer soluciones al siguiente nivel de integración.

Hacia la Década de 2020

Los objetivos clave para cualquier fabricante son incrementar la calidad en las etapas más críticas de la fabricación, mejorar los rendimientos y reducir los costos. Aunque la regla del “factor 10” en los costos de detectar un defecto en cada etapa es menos precisa hoy en día, el concepto sigue siendo válido.

Usando la industria automotriz como ejemplo:

• Detectar un defecto en el proceso de lead-frame puede costar menos de 1 USD.

• Detectarlo durante el ensamblaje SMT puede costar entre 10 y 300 USD.

• Detectarlo en campo puede costar entre 1 000 y 3 000 USD.

Encontrar los defectos lo antes posible es fundamental para ofrecer la máxima calidad al menor costo. Esta regla se aplica en todos los aspectos de la fabricación electrónica. El factor 10 varía según el mercado:

• Electrónica de consumo: ~10×

• Alta fiabilidad: ~100×

• Militar/aeroespacial: ~1 000×

Con vistas a la próxima década, MVP ha ampliado su gama de sistemas para satisfacer los requisitos de inspección del futuro. La empresa ofrece inspección de procesos front-end de semiconductores, incluyendo inspección de obleas, dies y post-corte. Para procesos back-end, ofrece inspección de lead-frame y wire-bond, metrología de colocación de die, inspección de superficies y sustratos, inspección de empaquetado e inspección híbrida y MCM. Para ensamblaje SMT, MVP ofrece inspección de backplane, pasta de soldadura, post-colocación, post-reflow y recubrimiento conformal.

Procesos Front-End

La serie más reciente de plataformas 850 ofrece manipulación totalmente automatizada de obleas en film-frames para inspecciones de superficie y post-corte. Se pueden identificar daños superficiales, FM y daños en los bordes. Estos sistemas pueden configurarse para salas blancas hasta Clase 100. La empresa ofrece también manipulación automatizada para obleas en marcos, inspección superior/inferior, marcado de defectos y mapeo de defectos.

Con vistas a la próxima década, MVP ha ampliado su gama de sistemas para satisfacer los requisitos de inspección del futuro. La empresa ofrece inspección de procesos front-end de semiconductores, incluyendo inspección de obleas, dies y post-corte. Para procesos back-end, ofrece inspección de lead-frame y wire-bond, metrología de colocación de die, inspección de superficies y sustratos, inspección de empaquetado e inspección híbrida y MCM. Para ensamblaje SMT, MVP ofrece inspección de backplane, pasta de soldadura, post-colocación, post-reflow y recubrimiento conformal.

Procesos Front-End

La serie más reciente de plataformas 850 ofrece manipulación totalmente automatizada de obleas en film-frames para inspecciones de superficie y post-corte. Se pueden identificar daños superficiales, FM y daños en los bordes. Estos sistemas pueden configurarse para salas blancas hasta Clase 100. La empresa ofrece también manipulación automatizada para obleas en marcos, inspección superior/inferior, marcado de defectos y mapeo de defectos.

Al definir una estrategia de inspección para sus procesos de fabricación, existen muchos factores que deben considerarse. Asimismo, hay muchos productos que parecen ofrecer soluciones a sus requisitos de inspección. ¿Cómo decide qué sistema utilizar? ¿Cómo determina la viabilidad de la inspección manual, de la inspección basada en plantillas/comparativa frente a AOI basada en mediciones, qué resolución utilizar, qué cámaras, qué datos de salida se requieren y si necesita datos de medición, datos de atributos o ambos?

Hay muchas preguntas que pueden plantearse, y el objetivo de este documento es detallar qué variables son importantes frente a aquellas que pueden confundir el proceso de selección de un sistema AOI. Para este fin, este documento analizará las cinco variables principales que pueden garantizar un despliegue exitoso de AOI en sus procesos de fabricación.

Figura 1 – Tasas estructurales de DPMO

♦ 1. Pregúntese: ¿Por qué está comprando un sistema AOI? ¿Cobertura de defectos?

La primera pregunta que debe hacerse es: ¿Por qué está comprando AOI? Ojalá la respuesta sea detectar defectos. Por experiencia previa, algunos usuarios incluso omiten este punto en la evaluación de un sistema.

Cuando analiza la cobertura de defectos, ¿conoce su proceso y los defectos que pueden surgir durante la fabricación SMT? Defectos de soldadura (tombstones, circuitos abiertos, cantidad de soldadura, etc.), presencia/ausencia, datos de medición de componentes, componentes incorrectos, etc. Este conocimiento y cómo utiliza estos datos es fundamental para tomar una decisión de inspección.

Muchos organismos de la industria pueden ayudarle a determinar rendimientos y posibles defectos. Como guía, basándose en estudios internos y estándares industriales, las tasas de DMPO (Defectos por Millón de Oportunidades) definidas en las Tablas 1 y 2 pueden utilizarse como referencia para los requisitos de detección de defectos.

Al considerar las capacidades de inspección, hay varios puntos a tener en cuenta:

Figura 2 – Tasas típicas de DPMO de proceso

♦ i. Técnicas de inspección: capacidades de sistemas de coincidencia de plantillas vs. plataformas AOI basadas en mediciones

Existen dos técnicas básicas utilizadas en sistemas AOI:

• Sistemas comparativos basados en plantillas

• Sistemas de medición basados en reglas

La diferencia clave es el uso de mediciones reales.

Un sistema basado en reglas:

• mide el ancho, largo y posición de un componente

• calcula la cantidad real de soldadura en cada pin (referenciada a la posición del componente)

• realiza OCV u OVR según el marcado del componente

Las mediciones del cuerpo del componente permiten identificar el componente correcto. Las mediciones de soldadura proporcionan el porcentaje exacto de soldadura entre el pad y el pin.

Un sistema basado en plantillas solo compara presencia/ausencia y compara la unión con una muestra buena, lo que genera un mayor volumen de falsas alarmas.

Dado que los defectos en la fabricación generalmente siguen las tasas de DPMO de la Tabla 2 (defectos de soldadura, tombstones, cortos abiertos, etc.), es esencial seleccionar un sistema capaz de inspeccionar soldadura con medición real.

Otra cuestión común es si se necesitan cámaras anguladas. Generalmente:

• Son difíciles de calibrar

• Son muy sensibles al alabeo de la PCB

Si se comprende el proceso de reflow, un sistema telecéntrico de una sola cámara con iluminación tricolor puede ofrecer la misma cobertura sin dichos problemas.

En la Figura 1, el pin 25 está abierto; bajo iluminación tricolor, la unión defectuosa aparece roja mientras que las uniones buenas aparecen verdes.

Figura 3 – Defecto de J-lead en un sistema de cámara única con iluminación Quad Color

♦ ii. Toolbox de detección: ¿Qué herramientas/algoritmos existen para detectar defectos?

Como los cambios tecnológicos son constantes en la industria, es importante comprender la flexibilidad de las herramientas de inspección y las capacidades futuras del sistema AOI.

Pregúntese:

• ¿El sistema se usará siempre post-reflow?

• ¿Necesitará ubicarlo en otra posición del proceso en el futuro?

• ¿Qué tecnologías fabrica hoy y cuáles fabricará en el futuro?

Algunos sistemas AOI solo realizan una tarea: Pasta, Pre-Reflow, Post-Reflow o Post-Wave.

Los proveedores más avanzados ofrecen:

• Cobertura de múltiples posiciones del proceso

• Tecnologías integradas 2D/3D

• Capacidades de inspección para microelectrónica y semiconductores

Esto es crucial si desea maximizar el ROI.

Figura 4 – Técnicas de Inspección

♦ iii. Tasa de falsas alarmas y cómo afectan a la cobertura de defectos

Un factor clave para la cobertura de fallas es la tasa de falsas alarmas (false fails).

Cuantas más falsas alarmas lleguen al reparador, más defectos reales se pasarán por alto.

Un estudio de Solectron presentado en IPC demostró que:

• Con más de 3000 ppm de falsas alarmas, un operador inexperto tomó decisiones correctas en menos del 5% de los casos.

• Incluso operadores experimentados redujeron su precisión en más del 50%.

Mantener bajas tasas de falsas alarmas es esencial para:

• Aumentar la calidad

• Reducir costos

• Mejorar la cobertura real de defectos

Figura 5 – Beneficios de bajas tasas de falsas alarmas

♦ iv. ¿Cuál es la cobertura real de defectos? ¿Cómo obtener un informe preciso?

Plataformas de test eléctricas como ICT y Flying Probe entregan informes cuantificados de cobertura. La mayoría de sistemas AOI no.

Solo algunos proveedores avanzados pueden entregar:

• Cobertura de defectos validada

• Para todos los defectos detectados

Esto es crítico. Algunos elementos pueden no ser inspeccionables, y conocerlo permite planificar mejor su estrategia de test e inspección.

♦ 2. Mejorando su proceso y proporcionando retroalimentación

Figura 6 – Beneficios de datos paramétricos de un sistema AOI basado en mediciones

AOI debe hacer mucho más que detectar defectos.

Cuestiones clave:

• ¿Supervisa cómo cambia su proceso?

• ¿Puede identificar problemas antes de que generen defectos?

Si desea mejorar procesos, necesita datos variables (mediciones), no solo datos binarios.

Ejemplo (Figura 4):

• El gráfico superior muestra datos de medición de un sistema AOI basado en reglas

• El gráfico inferior muestra datos de atributo de un sistema basado en plantillas

Los datos de medición revelan tendencias mucho antes de que ocurra un fallo.

Para SPC, control de proceso y análisis predictivo, la AOI debe medir:

• Posición de componentes

• Cantidad de soldadura

• Altura del componente

• Etc.

♦ 3. Tiempo de programación

“¿Qué tan rápido es suficientemente rápido?” depende del usuario.

Debe distinguir entre:

• Creación inicial del programa

• Soporte y depuración futura del programa

Las demostraciones suelen mostrar programas creados en 1–2 horas. Esto rara vez refleja la realidad en producción.

En sistemas basados en plantillas:

• ¿Inspecciona realmente todos los tipos de defectos?

• ¿Cuál es la tasa de falsas alarmas?

• ¿Cuánto trabajo requerirá la siguiente serie?

En sistemas basados en reglas:

• ¿Existe una librería de componentes?

• ¿Reduce significativamente el tiempo de programación a largo plazo?

• ¿Las falsas alarmas serán menores y requerirán menos soporte?

♦ 4. Estabilidad, soporte y MTBF

Preguntas clave:

• ¿La empresa AOI existirá en el futuro?

• ¿Dónde están sus ingenieros de soporte?

• ¿El sistema está diseñado para alto MTBF?

En los últimos años, varios grandes proveedores han abandonado el mercado AOI inesperadamente debido a:

• Foco excesivo en ganancias a corto plazo

• Reestructuraciones corporativas

• Cambios de propiedad

Muchos clientes quedaron con sistemas sin soporte.

Los proveedores más confiables:

• se dedican exclusivamente a AOI

• tienen trayectoria tecnológica

• ofrecen soporte global real

Para la confiabilidad:

• Los sistemas con movimiento lineal tienen mayor vida útil que los de arranque-parada

• Las prácticas de fabricación y calidad de materiales son cruciales

La disponibilidad de soporte técnico directo, tanto de hardware como de aplicaciones, también es un factor crítico.

♦ 5. Resolución y rendimiento (Throughput)

La megapixelización es un error común. Más megapíxeles no significan mejor AOI.

Factores que importan:

• Sensibilidad de la cámara

• Resolución real a un FOV dado

• Estabilidad mecánica

• Sistema de movimiento

• Rendimiento total con la misma resolución

Ejemplo:

Sistema A:

• 1.4 MP

• Alta sensibilidad

• 12 μm resolución

• 7 pulgadas²/segundo

Sistema B:

• 3 MP

• Baja sensibilidad

• 25 μm resolución

• mismo throughput nominal

  → Peor rendimiento categóricamente

Para detectar defectos, se requieren resoluciones mínimas por tamaño de componente (Tabla 3).

Comprender la relación resolución vs. rendimiento es clave.

♦ Conclusión

No cometa el error común de evaluar AOI basándose en un solo parámetro.

No son determinantes:

• Megapíxeles

• Tiempos rápidos de demo

Sí son determinantes:

• Cobertura de defectos

• Flexibilidad del proceso

• Acceso a datos de medición

• Rendimiento real

• Estabilidad del fabricante

• Confiabilidad del sistema

• Tiempo de programación y mantenimiento

• Costo total de propiedad

La cobertura de defectos debe ser siempre la primera razón para usar AOI.

Si comprende su proceso y se enfoca en los defectos reales generados, AOI proporcionará:

• Máximo valor

• Mayor calidad

• Mejor retorno de inversión (ROI)

por Paul Groome, Machine Vision Products, Inc.

Publicado en US-Tech, Edición de mayo de 2009

En el entorno económico actual, optimizar los costos de fabricación —especialmente los costos de prueba e inspección— es una prioridad para la mayoría de las empresas. Sin embargo, aún debemos garantizar el mayor nivel de calidad en los envíos a los clientes. Ambos objetivos, costo y calidad, pueden lograrse seleccionando cuidadosamente la estrategia de prueba e inspección utilizada en la fabricación. Comprender los beneficios y la cobertura de defectos que proporcionan las distintas soluciones es clave para alcanzar la mayor calidad al menor costo.

La mayoría de las técnicas de prueba e inspección utilizadas hoy existen desde hace mucho tiempo. La mayoría se originó a finales de los años 80, cuando los procesos de fabricación prevalentes utilizaban tecnologías de orificio pasante (through-hole). ¿Por qué, después de la introducción de la manufactura SMT hace más de 15 años, seguimos utilizando el mismo equipo y las mismas metodologías de prueba?

La mayoría de los fabricantes con los que he trabajado utilizan las mismas técnicas de prueba que hace 20 años: ICT, inspección visual, MDA y prueba funcional. ¿Es esta la forma más eficaz de garantizar la calidad del proceso y los costos más bajos? No. En la mayoría de los casos, la AOI completa combinada con Boundary Scan detectará prácticamente todos los defectos de producción y eléctricos.

Si observamos los procesos de fabricación actuales, existe una gran variedad de técnicas automáticas de prueba e inspección para encontrar defectos y mejorar la calidad: In-Circuit Test Systems (ICT), Manufacturing Defect Analyzers (MDA), Soluciones de Inspección Óptica Automatizada Completa (AOI-Full), Inspección Óptica Comparativa (AOI-Comp), Prueba Funcional (FT), Boundary Scan (BScan), Inspección Automatizada por Rayos X (AXI) y Flying Probers (FP).

Figura 1 – Típicas tasas de DPMO para encapsulados

Cada plataforma tiene capacidades que permiten localizar distintos tipos de defectos, cada una con diferentes costos y niveles de resolución diagnóstica. Entonces, la pregunta es:

¿Qué soluciones debo utilizar para afrontar los desafíos actuales de la fabricación SMT?

♦ Definir una estrategia de prueba e inspección para los procesos de fabricación actuales

El primer aspecto para definir una estrategia es entender los defectos que se generan en su proceso y qué niveles de calidad exigen sus clientes.

Los tipos de componentes, las densidades del PCB y el equipo utilizado impulsan la calidad del ensamblaje final. Las tasas DPMOJ (Defects Per Million Opportunities per Joint) para los encapsulados actuales varían desde menos de 50 DPMOJ hasta más de 15.000 DPMOJ. Los encapsulados de área (Area Array) suelen ser los más confiables de colocar y refluir, mientras que los dispositivos de paso fino suelen tener los índices de defectos más altos. Las Figuras 1 y 2 muestran los valores típicos de DPMOJ basados en datos de clientes de MVP. Los miembros de iNEMI o IPC tienen acceso a herramientas para calcular la capacidad del proceso, rendimientos esperados y tasas de defectos.

Para las pruebas e inspección es fundamental que la capacidad del sistema coincida con la capacidad de su proceso para garantizar el mayor rendimiento.

♦ Capacidades del sistema: ¿Cuál es el costo de capturar un defecto?

Como se muestra en la Figura 3, cada herramienta de prueba e inspección disponible tiene diferentes capacidades y costos asociados. Analicemos las opciones en línea disponibles actualmente.

♦ In-Circuit Test (ICT) y Manufacturing Defect Analyzers (MDA)

La ventaja del ICT es que puede proporcionar cobertura funcional para dispositivos digitales. Debido al tiempo requerido para generar modelos completos de prueba, la mayoría de los usuarios hoy prueban dispositivos digitales usando técnicas de apertura capacitiva, lo que reduce la prueba a una verificación de pines. Otro problema del ICT es que no prueba componentes en paralelo, como capacitores de desacoplo o dispositivos con múltiples conexiones de alimentación y tierra.

Por lo tanto, la cobertura real de fallas a nivel de unión suele estar entre 65–75 %, mucho menor de lo que muchos usuarios creen. Cuando se considera la pérdida de acceso eléctrico debido a alta densidad de componentes o problemas de frecuencia de señal, la cobertura disminuye aún más.

Dependiendo de la configuración, los sistemas ICT cuestan entre 50.000 y más de 500.000 dólares. El diseño de un solo fixture y programa para una placa grande (>5.000 nodos) puede costar más que un sistema AOI completo. Incluso las placas pequeñas pueden costar 20.000 dólares y tardar 2–3 semanas.

Combinando el costo de soportar ICT/MDA, la baja cobertura, la pérdida de acceso y la menor relevancia para dispositivos digitales, la pregunta es:

¿ICT sigue siendo rentable para la fabricación moderna?

♦ Inspección Automática por Rayos X (AXI)

Existen dos tipos principales de AXI 3D en línea: tomosíntesis y laminografía. AXI ofrece la mayor cobertura para uniones ocultas de soldadura, pero presenta inconvenientes claros:

• costos entre 450.000 y 750.000 dólares

• generalmente no cumplen con los ciclos de tiempo de línea

• altos índices de falsas llamadas (>5000 ppmJ)

• programación compleja y lenta

A menos que se requiera inspeccionar defectos muy específicos en productos de muy alto valor, AXI no es viable para la mayoría de las líneas SMT.

♦ Boundary Scan (BScan)

Estándar desde los años 90, recientemente ha ganado popularidad debido a la pérdida de acceso eléctrico en ICT y MDA.

Boundary Scan ofrece:

• la mayor cobertura para dispositivos digitales

• el menor costo por defecto

• costo del sistema: 10.000–25.000 dólares

Si los ingenieros encadenan correctamente los dispositivos compatibles, se logra una cobertura muy alta. También es ideal para pruebas digitales, programación ISP y programación de memoria flash.

♦ Inspección Óptica Automatizada (AOI)

— AOI Completa vs. AOI Comparativa

Muchos usuarios las colocan en la misma categoría, pero en realidad son tecnologías muy distintas.

AOI Completa (Full AOI)

• mide parámetros reales: volumen de soldadura, posición, dimensiones

• ofrece la mayor repetibilidad y cobertura

• se adapta a SPC y control de procesos

• menos sensible a variaciones del proceso

• proporciona la mejor cobertura global de defectos

AOI Comparativa

• compara contra una imagen “dorado”

• es más rápida para crear el primer programa

• genera más falsas llamadas

• tiene menor cobertura en producción real

♦ Elegir la estrategia correcta de prueba e inspección

La Figura 5 muestra la cobertura total de defectos para distintos métodos.

La combinación AOI Completa + Boundary Scan proporciona la mayor cobertura al menor costo.

Esta estrategia combinada permite:

• 100 % de cobertura de componentes

• verificación de valores de pasivos

• garantizar operación y funcionalidad de todos los dispositivos digitales

• costos de soporte extremadamente bajos

• tiempos de programación muy rápidos (< ½ día)

• capacidad de implementar SPC y control del proceso

En la mayoría de los casos, la estrategia más rentable y eficaz consiste en una estrategia de prueba distribuida, cuyo núcleo es AOI Completa.

Para ello, la AOI debe incluir:

• metrología avanzada

• técnicas de detección Tri-Color

• capacidades de medición flexibles

• alta resolución

• herramientas de programación rápidas (como ePro)

Figure 5 – fault Coverage Capabilities, NPI and Lowest Cost Strategies

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.

Como se vio en Advanced Packaging Magazine, abril de 2006

por el Dr. George T. Ayoub, Presidente y CEO, MVP Inc.

La tecnología de wire bond (union por hilo) continuará prosperando en muchos sectores de la industria de encapsulado electrónico bien entrada en el futuro. Las principales tendencias en esta industria a lo largo de los años han incluido un aumento continuo del número de interconexiones, la miniaturización de los circuitos, el énfasis de la industria en la velocidad de ensamblaje y la reducción del costo por interconexión. Las máquinas de wire bond han seguido estas tendencias y son sofisticadas, confiables, rápidas y precisas. Sin embargo, la inspección de wire bond carece de medios para automatizar la inspección y garantizar la integridad de las interconexiones, las cuales afectan directamente la calidad del producto final. A medida que aumenta la cantidad de interconexiones, la oportunidad de producir un componente defectuoso se multiplica. Debido a que el wire bonding se realiza al final de la producción, el costo de una mala interconexión es alto en comparación con un defecto que podría detectarse y corregirse al inicio del proceso. Por lo tanto, una mala interconexión es un riesgo que afecta el costo y la calidad del producto.

Actualmente, la mayoría de los métodos de inspección para wire bond son manuales y utilizan inspección visual con microscopio, inspección por contacto o inspección semiautomática asistida por un sensor óptico o de rayos X. Estos métodos de inspección son lentos, requieren mucha mano de obra y son costosos. Debido a estas limitaciones, a menudo se utilizan para probar el producto de manera muestreada. Los métodos manuales —tanto visuales como asistidos por sensores— están lejos de ser perfectos y sufren de la variabilidad inherente de la inspección humana. Debido a la falta de mediciones automatizadas, son subjetivos y dependen del operador. La inspección por contacto prueba la resistencia del wire bond mediante contacto físico. Este método es lento y conlleva el riesgo de daños físicos por contacto o posibles daños electrostáticos. Todos estos métodos se limitan únicamente a la inspección del wire bond, lo cual es otra desventaja. Las capacidades de una herramienta de inspección deberían incluir también la medición de la colocación del die y la inspección de la calidad de las uniones de soldadura de otros componentes cercanos a los wire bonds. Existe hoy una necesidad urgente de un método de inspección eficiente y confiable que sea efectivo, seguro, confiable, basado en mediciones, capaz de inspeccionar todos los modos de falla del wire bond, lo suficientemente versátil para incluir medición e inspección de otros componentes electrónicos, y lo suficientemente rápido para igualar la producción mientras inspecciona el 100% de los productos.

En paralelo con el desarrollo de la industria de encapsulado, la inspección óptica automatizada basada en reglas (AOI) ha surgido como un método efectivo de medición e inspección para todas las etapas del proceso en el ensamblaje de PCB. La AOI se ha convertido en una herramienta confiable para inspeccionar pasta de soldadura, colocación de componentes y uniones de soldadura, y se ha utilizado ampliamente para mejorar la calidad y reducir los costos de ensamblaje. Los avances notables en AOI han sido impulsados por la tecnología de cámaras y por la disponibilidad de plataformas de cómputo rápidas y económicas. La AOI actual utiliza sensores de cámara rápidos y sensibles, junto con una multitud de iluminadores LED programables, impulsados por algoritmos sofisticados de inspección y medición, y puede cumplir los requisitos de inspección al 100% a velocidad de línea de producción. Esto ha resultado en mayor cobertura de defectos, mayor velocidad de inspección y menores tasas de falsos aceptos y falsos rechazos. Los aspectos de programación de esta tecnología también se han vuelto más fáciles con los años, contribuyendo significativamente a su uso masivo. Naturalmente surge la pregunta: ¿puede la tecnología AOI proporcionar una base para satisfacer las estrictas demandas de la inspección post-wire-bond?

La respuesta a esta pregunta es “sí”. En el pasado, la industria AOI no lograba cumplir los requisitos presentados por la inspección post-wire-bond. Hasta hace poco, no existía un equipo universal capaz de cumplir todos estos requisitos. Ahora se ha introducido una herramienta que proporciona una solución útil para muchos aspectos de la inspección post-wire-bond. La capacidad de extraer el hilo del fondo complejo y variable entre el die y el pad es un aspecto importante de la inspección post-wire-bond. Lograr esta tarea requiere una iluminación inteligente y algoritmos de inspección que trabajen juntos aumentando la relación señal-ruido entre el hilo y su entorno. La herramienta de inspección utiliza un gran sensor de cámara en color y iluminadores LED programables construidos a medida ubicados en diferentes ángulos con respecto al wire bond. La superficie metálica del hilo refleja la luz y puede aparecer negra o blanca respecto al fondo dependiendo de la altura del ángulo del iluminador. La clave para aumentar la relación señal-ruido es utilizar todos los ángulos de luz para extraer mejor el hilo del fondo. Esta tarea se logra mediante algoritmos sofisticados y propietarios que trabajan en conjunto con el iluminador. El algoritmo verifica si el hilo está registrado en la región correcta del die y del pad. Luego evalúa la calidad de la conexión en ambos puntos y revisa si hay rayaduras en esas áreas. Después, el hilo es rastreado y examinado para verificar continuidad, rectitud y desviación máxima respecto a una línea recta ajustada. La altura del loop se verifica para asegurar que cumple con una tolerancia especificada basándose en la reflexión del hilo bajo diferentes ángulos de iluminación. Todos los algoritmos utilizan filtros digitales de manera secuencial para extraer características y examinar firmas empleando mediciones en cada paso.

La traslación y rotación del die respecto a su posición ideal se mide con precisión sub-píxel utilizando múltiples ventanas alrededor de los bordes para minimizar errores. El registro del die depende de la precisión de la plataforma, así como de información de fiduciales y CAD precisa. La herramienta también es capaz de medir la posición de otros componentes del circuito y determinar la calidad de las uniones de soldadura, marcando cualquier defecto.

El sensor de gran formato y el frame grabber propietario permiten capturar imágenes “sobre la marcha” mientras la cámara se mueve, cumpliendo los requisitos de resolución y velocidad. El campo de visión es pequeño para asegurar un número adecuado de píxeles sobre el objetivo. Además, el sistema está equipado con un iluminador para asegurar la calidad de imagen y la profundidad de enfoque. El enfoque de iluminación y algoritmos es el mismo para hilos delgados y gruesos; sin embargo, la resolución de la cámara, medida en μm/píxel, es diferente en cada caso para optimizar la velocidad de inspección (Figuras 1 y 2).

La herramienta va más allá de la detección de defectos tipo pasa/no pasa y ayuda a aumentar el rendimiento mediante técnicas de control estadístico del proceso (SPC) tanto para variables medidas como para atributos. El paquete SPC es una parte integral de la herramienta y rastrea cualquier medición en tiempo real, permitiendo al operador tomar acciones correctivas si los límites exceden lo esperado. Prevenir defectos es crítico para mantener el proceso bajo control. Dependiendo de la configuración de alarma, el sistema puede detener la línea y encender una luz amarilla o roja para dar retroalimentación visual al operador.

Resultados preliminares muestran la capacidad de la herramienta para rastrear hilos con grosores entre 0.5 y 10 mils, incluso en fondos complejos. Los valores reportados para precisión de medición y repetibilidad muestran que la traslación del die puede medirse con precisión <10 μm a tres desviaciones estándar y su rotación con <0.05°. Esta innovación es un primer intento para enfrentar el desafío de la inspección post-wire-bond. El trabajo futuro continuará enfocándose en mejorar la relación señal-ruido, extender la cobertura de defectos para wire-bond de múltiples capas y aumentar la velocidad de inspección.

Como aparece en Advanced Packaging, septiembre de 2004 – por George T. Ayoub

La inspección de flux ha sido un desafío para los ensambladores de Flip Chip y BGA debido a la incapacidad de los sistemas de inspección —incluyendo AOI (Automated Optical Inspection)— para ver con precisión el material y, por lo tanto, poder inspeccionarlo manteniendo la velocidad de la línea. Específicamente con respecto a los flip chips, la inspección del flux es una parte importante para controlar el proceso y puede evitar errores costosos. Afortunadamente, una solución de visión artificial que utiliza iluminación UV (ultravioleta), desarrollada durante muchos años de investigación, es capaz de detectar defectos en los depósitos de flux. Esta técnica, que ha demostrado ser exitosa durante más de tres años en líneas de fabricación de alto volumen, reemplaza la luz visible de AOI por luz UV especializada que coincide con las propiedades del sustrato y del flux, con el fin de lograr resultados de inspección optimizados.

♦ Importancia de inspeccionar el flux en el ensamblaje BGA/CSP

El flux desempeña un papel crítico en la dinámica del proceso de ensamblaje de paquetes BGA/CSP. Una amplia variedad de defectos en el ensamblaje final puede rastrearse hasta una mala deposición de flux o pasta. Por ejemplo, algunos defectos en el ensamblaje final provienen de una mala alineación del flux con respecto a las almohadillas previstas, de un espesor/cantidad insuficiente de flux, de un exceso de flux o de manchas. La detección de estos defectos de tipo “aprobado/rechazado” (datos atributivos) en una etapa temprana del proceso reduce significativamente el costo del ensamblaje. Además, muchos fabricantes coinciden en que es importante controlar el proceso de deposición del flux mediante variables medidas relevantes para detectar tendencias y prevenir defectos antes de que ocurran. Esto requiere un sistema que sea capaz de medir las variables clave del proceso (datos variables). Al proporcionar información en tiempo real sobre los parámetros críticos del proceso, los fabricantes pueden tomar medidas correctivas y evitar desperdicio y pérdida de producción.

♦ Desafíos tecnológicos: Hacer visible lo invisible.

El proceso de inspección del flux ha sido un desafío para los fabricantes de AOI debido a la incapacidad de la luz visible para generar imágenes adecuadas del material de flux y, por lo tanto, inspeccionarlo. Tanto las iluminaciones de alto como de bajo ángulo en el espectro visible sufren un pobre cociente señal-ruido del flux respecto al fondo. Sin embargo, cuando el flux se ilumina con luz UV, fluoresce dentro del espectro visible y la señal puede capturarse mediante filtros adecuados diseñados para eliminar cualquier luz de fondo que no provenga del flux fluorescente. Bajo estas condiciones, el cociente señal-ruido entre el flux y el fondo se mejora significativamente. La clave para obtener un buen cociente señal-ruido es el diseño adecuado de los filtros y de la iluminación —que son propietarios— y que deben adaptarse tanto al flux mismo como al material de fondo (cerámica y posiblemente FR4), eliminando al mismo tiempo la luz visible de fondo. (Véase la Ilustración “A” – Imágenes bajo luz visible versus luz UV.)

♦ Desafío: Velocidad y resolución para un sistema en línea.

Los parámetros de adquisición de imágenes desempeñan un papel importante en la capacidad del sistema. Dos parámetros clave son la velocidad de inspección y la magnificación óptica adecuada (resolución). Ambos están relacionados porque la velocidad de adquisición es inversamente proporcional al número de píxeles adquiridos, que a su vez varía linealmente con el cuadrado de la magnificación. Además, iluminar áreas pequeñas requiere una gran cantidad de luz y un número adecuado de píxeles sobre el objetivo. Los requisitos de mantener tiempos de ciclo muy rápidos junto con una resolución alta se lograron mediante el uso de múltiples cabezales de cámara, iluminación UV adecuada y electrónica especializada. Múltiples cabezales de cámara (en este caso, se utilizan tres) amplían el campo de visión de forma cuadrada a rectangular, sin sacrificar la resolución. La electrónica especializada permite que la cámara adquiera imágenes en paralelo y ajusta su velocidad a la velocidad de cómputo del procesador. El uso de diodos UV garantiza la longevidad y la estabilidad del sistema en el tiempo, lo cual es extremadamente importante cuando un programa de inspección debe ejecutarse sin modificaciones en diferentes sistemas o líneas de producción.

El sistema también es capaz de medir parámetros de la pasta bajo luz UV y/o luz visible regular, lo que resulta extremadamente útil para controlar el proceso de deposición de pasta. Los algoritmos que extraen posición, área, cobertura de área de la almohadilla y brillo se basan en análisis de “blobs” y solo se aplican en las áreas de interés.

♦ Detección de defectos, variables de medición y SPC

Al utilizar técnicas de fluorescencia UV, el sistema en operación va más allá de la simple detección de defectos de tipo aprob/rechazo y ayuda a mejorar el rendimiento mediante técnicas de SPC basadas en variables medidas. Mide la posición, el área, la cobertura de área en la almohadilla y el brillo del flux depositado. El brillo se mide calculando la escala de grises media del “blob” de pasta. Aunque idealmente sería mejor utilizar la altura y el volumen del flux, estas mediciones con la técnica UV utilizada aquí dependen de las propiedades del flux y del material de fondo, y no pueden considerarse siempre como mediciones absolutas. Hay razones lógicas respaldadas por experimentos que confirman que el brillo se correlaciona con la altura del flux. De hecho, el brillo depende de la cantidad de material fluorescente en el flux y por lo tanto debe variar linealmente con el volumen. Sin embargo, esta linealidad no siempre es segura, y depende del entorno. Por lo tanto, debe tenerse cuidado al interpretar el brillo medido, ya que otros materiales pueden fluorescer y aumentar el ruido. El método descrito ha demostrado ser eficaz en el entorno de producción, utilizando el brillo junto con la posición, área y cobertura de área como parámetros medidos, proporcionando así un medio lógico y adecuado para controlar la calidad final del proceso mediante métodos de SPC.

En el entorno de producción, el control del proceso en tiempo real ha demostrado añadir valor al proceso mediante el seguimiento de tendencias y la prevención de defectos (véase la Ilustración “B” – Gráficos de datos en tiempo real), y ha sido una parte integral y crítica del sistema. Dependiendo de la configuración de alarma, el sistema puede detener la línea o activar una luz amarilla o roja para proporcionar retroalimentación visual al operador.

♦ Conclusión

La técnica descrita ha demostrado ser eficaz durante más de tres años de inspección en línea. El sistema es capaz del proceso con valores GRR en el rango de 2,5 % a 8. Puede mantenerse al ritmo de una línea de producción relativamente rápida mientras logra una tasa de falsas alarmas entre 10 y 20 ppm y una tasa de falsas aceptaciones inferior a unos pocos ppm. Al contener los defectos en esta etapa temprana y controlar las tendencias mediante SPC, se han logrado buenos resultados. El trabajo futuro previsto consiste en seguir mejorando el cociente señal-ruido y extender la aplicación de esta técnica a diferentes sustratos y tipos de flux.

Referencias

Reliability and Yield in Flip-Chip Packaging, Alan Lewis, Ed Caracappa, Lawrence Kessler, 1998_11_hdi_flip_chip_reliability.pdf

Como se vio en SMT Magazine, junio de 2001

por el Dr. George T. Ayoub, Presidente y CEO, MVP Inc.

Aunque la inspección óptica automatizada se ha integrado con éxito en muchas líneas de producción, aún existen muchos datos útiles del proceso de inspección que no se están utilizando. ¿Cómo? Entra en escena el control estadístico de procesos… y un “catalizador”.

En términos simples, el control estadístico de procesos (SPC) es un método para monitorear, controlar y mejorar un proceso mediante análisis estadístico. Sus cuatro pasos básicos incluyen medir el proceso, eliminar sus variaciones para hacerlo consistente y monitorear y mejorar el proceso hasta alcanzar su valor objetivo óptimo.

A lo largo de la fabricación de productos electrónicos, el SPC se ha implementado con éxito general. La calidad, por lo general, ha mejorado, mientras que el nivel de responsabilidad ha aumentado, ya que los datos —algunos de ellos recopilados por sistemas de inspección óptica automatizada (AOI)— están disponibles para monitorear defectos y señalar un rendimiento del sistema inferior al óptimo. Sin embargo, existe una falla inherente en el uso general del SPC: los datos no son en tiempo real. Por lo general, la información se analiza, se descubren problemas en la línea y se aplican cambios… un proceso que ocurre horas o incluso días después de los hechos. Durante el tiempo entre identificar la falla y corregirla, miles de placas defectuosas pueden haber sido producidas, a altos costos y crecientes niveles de desperdicio.

En un mundo de márgenes de ganancia ajustados, donde hacer las cosas bien a la primera es fundamental para la rentabilidad del OEM o fabricante por contrato, simplemente no es aceptable desperdiciar tiempo y recursos fabricando placas defectuosas o haciendo funcionar líneas SMT sofisticadas de manera ineficiente. Por lo tanto, en un mundo perfecto, el SPC sería en tiempo real. Pero ¿cómo funcionaría? Idealmente, cuando un proceso se desvíe de una especificación preestablecida, el operador sería notificado de inmediato y se sugeriría un plan de acción para la corrección instantánea. Sobre todo, el defecto no debería identificarse a la mañana siguiente en la reunión diaria de SPC. La clave para lograr estos resultados es el acoplamiento de AOI sofisticada con metodología SPC: utilizar la información tradicional de inspección como una herramienta clave directamente en la línea de producción. El objetivo de una AOI/SPC en tiempo real es mayor rendimiento y productividad, mayor eficiencia de la línea y menor costo total de fabricación.

Vinculando AOI y SPC

Usando los datos estándar de defectos y las mediciones de variables que los sistemas AOI sofisticados de hoy pueden generar, es posible crear un sistema de inspección/defectos en tiempo real que alerte a los operadores de línea siempre que cualquier proceso exceda los límites preestablecidos —y que lo haga de forma inmediata—. Esto, en esencia, es SPC en tiempo real: un sistema que monitorea continuamente el rendimiento de la línea, detecta problemas en cada placa, verifica las operaciones de colocación, mide el funcionamiento de alimentadores y boquillas, y controla estrictamente la variabilidad del proceso para optimizar el rendimiento, el throughput, los primeros pases y la calidad general.

Dos factores son clave para el SPC en tiempo real:

• AOI rápida y precisa, capaz de tomar mediciones de soldadura antes y después del reflow

• Una serie de “simples” controladores de línea que usan una red RS485 para recopilar datos

Estos últimos se envían inmediatamente a una red inteligente de mantenimiento de información que traduce las referencias del circuito en información específica de máquina, alimentador y boquilla. La red también permite la transferencia de datos desde la impresora de pasta, la colocadora, el horno de reflow y el sistema AOI.

El resultado de tal integración es un mejor rendimiento de la línea y el comienzo de un sistema experto de respuesta que puede identificar problemas creados por equipos de manipulación individuales. Las instrucciones al operador y las acciones correctivas dirigidas a la máquina “responsable” siguen de forma inmediata, basadas en los límites de control del proceso establecidos por ingeniería. Otros datos esenciales —por ejemplo, tiempos de ciclo promedio y mejores tiempos, tiempos de ejecución, bloqueo, falta de piezas y paradas; y los 10 principales problemas de alimentadores y boquillas— se pueden capturar y analizar en tiempo real.

A este resultado se le llama Dynamic Process Control (DPC), porque en operación va más allá del SPC en tiempo real agregando alertas audibles y, mediante una pantalla visual, sugiriendo proactivamente qué acciones correctivas deben tomarse. Por lo general, no existe la necesidad de gráficos de control y procedimientos porque la interfaz de muestra en la máquina se presenta de manera uniforme en todas las máquinas. Además, el DPC puede ayudar a mejorar el control de calidad, el balanceo de la línea en tiempo real, el control de inventario y la previsión de producción.

Lo que DPC puede lograr

Al calcular los mejores y promedios tiempos de ciclo, los fabricantes pueden saber —a menudo por primera vez— cuánta utilización real se está logrando. Es común que los operadores crean que sus líneas están logrando un 75% de utilización, sin tener datos en tiempo real que respalden esta creencia. En algunos casos, la adición de un sistema DPC podría revelar que la utilización real ha sido mucho menor al 75%; pero, al mismo tiempo, encontrar fallas e indicar acciones correctivas que rápidamente ayudan a que las líneas vuelvan a plena utilización.

Por ejemplo, DPC puede mejorar la utilización de las máquinas de montaje rastreando boquillas y alimentadores defectuosos hasta el fabricante, o componentes defectuosos hasta una bobina específica, optimizando rápidamente una línea para satisfacer cambios en la mezcla de productos.

Se han desarrollado módulos adicionales para realizar otras tareas en tiempo real, como verificación de configuración para eliminar errores validando números de piezas para cada carga de bobina. Otros módulos incluyen rastreo WIP (trabajo en proceso) para registrar el progreso de los paneles; trazabilidad de materiales para vincular fallas en campo con un componente específico; gestión de materiales para rastrear consumo y advertir sobre escasez; y retroalimentación de inspección —un bucle entre AOI y máquinas pick-and-place para alertar sobre posibles problemas de alimentadores—.

Finalmente, DPC puede usarse para verificar configuraciones de línea y fabricar productos correctamente desde el primer intento, evitando reparaciones costosas y mayores costos operativos. Debido a que una base de datos estándar almacena la información, ingenieros y personal de manufactura pueden ejecutar informes usando herramientas estándar como Access. Los datos también pueden integrarse con sistemas internos del cliente.

Lo que les falta a AOI y SPC

Combinar datos de AOI con software y módulos de recopilación de datos colocados en toda una línea SMT puede convertir el SPC estático en DPC en tiempo real. Todas las advertencias del sistema se basan en límites preestablecidos. Las acciones correctivas específicas se recomiendan con instrucciones mostradas en los módulos de recolección de datos. Los sistemas pueden rastrearse hasta máquinas, boquillas y alimentadores desde una computadora en línea en cualquier lugar del mundo.

Aunque DPC puede funcionar como un “boletín de calificaciones” en tiempo real mostrando qué tan bien están funcionando las líneas y máquinas —y proporcionando los datos para demostrarlo—, no se trata de encontrar culpables. Más bien, combinar AOI con hardware y software para recopilar y analizar datos se convierte en otra herramienta en la búsqueda de la calidad óptima y el mejor rendimiento posible de la línea.

Dado que existe la necesidad de acelerar el time-to-market y de construir productos correctamente desde el primer intento, el AOI estándar y el SPC ya no pueden proporcionar toda la información necesaria (tiempos de inactividad, actividad, retrasos, etc.) para optimizar el rendimiento de la línea y garantizar niveles de calidad —mucho menos hacerlo en tiempo real—. Hace no mucho tiempo, antes de la adopción casi universal de AOI y SPC, los niveles de calidad y optimización de línea eran solo “suposiciones”: estimaciones basadas en evidencia anecdótica y fallas en campo meses después. Con AOI, la detección de defectos se volvió mucho más precisa. Los fabricantes pudieron, por primera vez, “ver” el problema en tiempo real. Y con SPC, se mejoraron la optimización de la línea y el control de calidad, ya que por primera vez ingeniería tuvo datos concretos para monitorear la línea y ajustarla para un rendimiento óptimo (aunque con retraso).

Por su parte, DPC promete completar el panorama y cambiar el rostro del AOI y SPC tradicionales.

SMT: Dynamic Process Control es una marca registrada de Machine Vision Products Inc.