Applications de mesure et d’inspection dans le packaging
par Dr George T. Ayoub, Président & CEO, MVP Inc.
Les solutions d’inspection AOI à grande vitesse ont été très bien accueillies pendant plus de deux décennies par plusieurs secteurs industriels tels que le SMT traditionnel, l’automobile et la fabrication de circuits imprimés. Les solutions innovantes, la qualité intégrée, la fiabilité, la faible maintenance et les capacités d’inspection à grande vitesse de pointe ont attiré plusieurs leaders de l’industrie ainsi que des géants de l’assemblage à haut volume dans le monde entier.
L’année dernière, MVP a introduit une nouvelle ligne de produits innovants qui a révolutionné la technologie AOI dans plusieurs secteurs de l’industrie électronique. Destinée aux applications de packaging, la nouvelle plateforme a été conçue pour répondre et dépasser les exigences complexes des lignes d’assemblage de Fabrication à Haut Volume (HVM). La nature configurable de la plateforme en fait un choix AOI à grande vitesse idéal pour de nombreuses applications dans des lignes d’assemblage complexes et hybrides C4 + SMT.
♦ Une nouvelle plateforme d’inspection pour les applications de packaging
La demande du marché pour de nouveaux produits électroniques progresse rapidement, avec un désir croissant de fonctionnalités élégantes, de mobilité et d’une plus grande fonctionnalité intégrée. Les exigences agressives en matière de design imposent des facteurs de forme plus petits, réduisant les dimensions dans les trois axes. La fonctionnalité intégrée, quant à elle, entraîne une plus grande diversité de composants SMT avec des caractéristiques plus petites et des profils plus bas. Cette tendance représente un défi important pour l’intégration des produits, particulièrement dans le domaine de l’assemblage de packaging.
L’inspection en temps réel, équipée des « crochets » adéquats pour fournir une rétroaction pertinente et des informations faciles à interpréter, peut désormais permettre aux lignes d’assemblage complexes d’être plus efficaces dans la gestion des processus amont et aval, concernant le rendement de ligne, l’utilisation, la productivité globale et la rentabilité. La plateforme a été conçue en tenant compte de toutes ces considérations afin de répondre aux besoins AOI d’aujourd’hui et de demain.
Une plateforme configurable, selon l’application, utilise différents systèmes électro-optiques et/ou des systèmes de manutention de matériaux afin de satisfaire divers besoins de traitement. Cependant, la plateforme de base reste la même pour toutes les applications. La similarité entre les différentes configurations améliore l’utilisation globale des lignes d’assemblage complexes. Une fois la formation de base effectuée, les opérateurs peuvent passer d’un processus à un autre avec un minimum de formation supplémentaire, puisque le même système d’exploitation et la même interface sont utilisés dans toutes les configurations. Parmi les autres avantages clés figurent la gestion des pièces de rechange et la maintenance des équipements. Une grande partie des composants est commune à toutes les configurations, ce qui réduit le stock de pièces de rechange, facilite le dépannage et simplifie la maintenance périodique.
Toutes les configurations sont équipées d’une base en granit massif pour améliorer la précision d’inspection. Un châssis de haute précision destiné à compléter la base en granit, une seule caméra couleur de 4 mégapixels et un éclairage LED programmable permettent l’acquisition d’images répétables à grande vitesse « en mouvement », avec une résolution de champ de vision de 3 à 25 μm/pixel. Une lentille télécentrique est disponible en option pour augmenter davantage la précision d’inspection requise dans certaines applications.
Une attention particulière a été accordée au système de manutention des matériaux afin d’assurer une flexibilité maximale et la prise en charge des plateaux JEDEC, des supports métalliques, des PCB nus ainsi que des bandes fines. Toutes les plateformes peuvent être configurées en voie simple ou double. Des socles de support et un serrage automatique des cartes sont également disponibles en option pour un positionnement plus précis. Les communications amont et aval ont été intégrées grâce à un contrôle PLC flexible, une interface SMEMA et une capacité d’automatisation complète permettant de transférer les performances de l’outil et les données spécifiques des recettes vers les serveurs de gestion de ligne.
La plateforme est livrée avec un puissant package SPC intégré. Un large flux de résultats d’inspection précieux est continuellement collecté et peut être tracé en temps réel dans différents formats pour aider au diagnostic et maintenir une ligne d’assemblage à haut rendement. La programmation et le débogage hors ligne sont disponibles pour minimiser les interruptions de production. Un logiciel de programmation basé sur une bibliothèque générée par CAO réduit considérablement le temps de création et de test de nouvelles recettes.
Avec l’évolution croissante de la technologie de packaging, en particulier dans le packaging organique et le traitement de paquets fins, le besoin d’AOI ne cesse d’augmenter. La plateforme MVP 850G a été spécifiquement conçue pour répondre aux besoins actuels et futurs de l’assemblage de packaging. L’outil peut être configuré pour effectuer l’inspection de la pâte 3D, l’inspection du flux en 2D (sans additifs fluorescents), l’inspection des composants C4 Die et SMT (avant et après refusion simultanément), l’inspection de l’underfill époxy C4 (étalement, qualité, congé, etc.), l’inspection de finition de surface (rayures, dommages, etc.), l’inspection de wire bond, de colle et de scellants, le SMT traditionnel (avant et après refusion) et bien d’autres applications. L’outil peut être placé en ligne ou hors ligne selon la configuration de la ligne et les besoins du processus.
♦ Système de métrologie pour le placement de dies
MVP a été mis au défi par l’un de ses principaux clients de fournir une solution pour la mesure et l’inspection précises des dies placés sur un substrat. Comme la précision du placement est critique pour la fiabilité du produit, l’équipe d’ingénierie et de direction de MVP a lancé un projet pour développer un outil de métrologie et d’inspection.
L’outil devait être un système robuste basé sur la métrologie, capable d’une répétabilité en X et Y de 1,3 micromètre, d’une reproductibilité en X et Y de moins de 2 micromètres, d’une répétabilité et reproductibilité de rotation n’excédant pas 0,007 degré, et d’une précision globale entre différents systèmes n’excédant pas 10 micromètres.
Forte de nombreuses années d’expérience utilisant diverses méthodes d’inspection dans plusieurs secteurs industriels, une task-force a entrepris de spécifier un nouvel outil d’inspection répondant aux exigences du client. L’outil devait non seulement inspecter le placement du die sur le substrat avant et après refusion, mais aussi inspecter la finition de surface, y compris les rayures et irrégularités de la surface du die.
D’autres capacités incluaient l’inspection de composants montés en surface tels que 0204, 0201, 0603 IDC, 0402, réseaux de résistances et même les QFPs avec un pitch de 12 mil.
Pour répondre à ces exigences variées, un module électro-optique propriétaire a été développé. Des études de résolution ont montré qu’un pixel de 16 μm était suffisant pour répondre aux exigences de vitesse et de précision. Le module électro-optique utilise une lentille télécentrique et une source d’éclairage tricolore complétée par une lumière blanche. Cela garantit la visibilité des défauts de montage en surface ainsi qu’un meilleur rapport signal/bruit pour les bords.
Le logiciel de la plateforme est équipé d’une large gamme d’algorithmes d’inspection existants, incluant la détection de bords sub-pixel, la détection de défauts de surface, les algorithmes SMT pré- et post-refusion, ainsi que les algorithmes de métrologie.
Un autre défi significatif était d’atteindre le nombre d’unités par heure requis. Dans la plage de 3000 à 4000 UPH, l’utilisation simultanée de l’enregistrement fiducial et de l’inspection a permis des économies de temps substantielles durant le cycle d’inspection.
Le système devait offrir une capacité double voie, fonctionnant en tandem avec les équipements de production existants afin de maintenir le rythme de la ligne. D’autres défis incluaient l’intégration de SECS/GEM et de la traçabilité des lots dans l’outil d’inspection.
Un autre paramètre critique était le temps de disponibilité du système, dont la spécification minimale était de 98,5 %. La plateforme a encore une fois dépassé cette exigence, atteignant plus de 99 % de disponibilité.
Les graphiques suivants montrent comment la plateforme a non seulement répondu aux spécifications du client, mais les a largement dépassées.
♦ Sigmas de répétabilité et de reproductibilité
♦ Test de correspondance avec le système de référence
Le graphique suivant montre les résultats de l’un des systèmes basés sur la métrologie. Seize dies avec différents décalages (DX) ont été mesurés par un système de référence et par le système de métrologie de placement de dies. Notez que la pente est de 1,032 selon l’ajustement par régression linéaire, et que le R-carré est de 0,99. Le biais est de 1,4147 micromètre.
MVP n’a pas seulement réussi à déployer le premier outil pour ce client, mais a depuis fourni plus de 50 systèmes similaires, tous ayant passé des procédures de test rigoureuses avant acceptation.
Avec la transition de l’inspection SMT traditionnelle vers les capacités d’inspection micro-électronique, MVP a démontré que sa force réside dans des solutions d’inspection performantes, flexibles et innovantes.
