Inspección Avanzada por Rayos X para Placas de Circuito de Alta Precisión

En la industria de placas de circuito, un número creciente de piezas y placas resultan difíciles de inspeccionar con inspección óptica automatizada (AOI) porque la soldadura es invisible. Además, los requisitos de alta calidad como la resistencia de unión de la industria automotriz e inspección de superficie completa de la soldadura están aumentando. Para abordar estas necesidades, Omron ha introducido nueva tecnología para realizar inspecciones dentro del tiempo de ciclo requerido (la tasa a la que un producto debe completarse para satisfacer la demanda del cliente). Este ha sido uno de los requisitos más desafiantes para equipos de inspección automática por tomografía computarizada (TC) de rayos X. Para la tecnología de imagen continua, se requieren control de posicionamiento de alta precisión y detección de imagen de alta velocidad.

El Caso para un Nuevo Método de Inspección

En años recientes, se han logrado avances tecnológicos notables en vehículos eléctricos (EV), sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) e incluso conducción automatizada. Para el mundo del montaje de placas de circuito, esto significa un movimiento hacia una mayor densificación, mientras que un número creciente de piezas y PCB tienen juntas de soldadura visualmente inaccesibles que causan dificultades en la inspección visual. Ejemplos típicos incluyen chips sin filete y matrices de bolas (BGA) con juntas de soldadura dispuestas en la parte inferior del paquete.

La industria automotriz impone requisitos de garantía de calidad particularmente estrictos para proteger a los consumidores, y a menudo se requiere a los proveedores realizar inspecciones completas de superficie de placas de circuito en línea (en lugar de inspecciones por muestreo) y medir formas de soldadura e inspeccionar hasta la resistencia de unión. Esto se suma al problema de la escasez de trabajadores de línea, que es en parte responsable del rápido aumento actual en la demanda de inspecciones automatizadas de alta precisión y alta calidad.

Por tanto, eventos en la industria de montaje como problemas de calidad de placas de circuito y paradas de línea de producción pueden suponer riesgos graves para los clientes. Una fuga de placas de circuito defectuosas llevaría inmediatamente a una crisis que podría amenazar la seguridad de personas y la sociedad. Por esta razón, es más importante que nunca proporcionar un mecanismo que prevenga cualquier fuga de placas de circuito defectuosas al mercado.

En respuesta a estas tendencias, Omron desarrolló su sistema AXI (inspección automatizada por rayos X), que se ha vuelto ampliamente utilizado en líneas de producción de tecnología de montaje superficial (SMT) gracias a su capacidad para inspeccionar elementos visualmente inaccesibles como juntas de soldadura en la parte inferior de las piezas. Debido al problema con el tiempo de ciclo, sin embargo, un modelo convencional se ha utilizado principalmente para inspecciones de muestreo fuera de línea o para inspecciones en línea de piezas clave solamente.

Este artículo presenta un esquema de las tecnologías empleadas para el sistema de inspección automatizada en línea por TC de rayos X de la serie VT-X750 (Figura 1) para mejorar este problema y lograr velocidades suficientes para uso en línea en procesos de montaje de placas de circuito automotrices, permitiendo así la garantía de calidad de placas de circuito en grandes cantidades.

Logrando Alta Calidad de Imagen con AXI Basado en TC

Los principales tipos de métodos de imagen diagnóstica basados en rayos X incluyen rayos X bidimensionales (2D), tomosíntesis y tomografía computarizada. El método de rayos X 2D se usa para obtener una imagen por disparo con una fuente de rayos X, una pieza de trabajo y una cámara de rayos X dispuestas verticalmente (Figura 2). La imagen proyectada por este método se registra como datos bidimensionales. Aunque capaz de adquisición de imagen en menor tiempo, este método es inferior a los otros en términos de calidad de imagen porque la cantidad de datos que maneja es pequeña.

El método de tomosíntesis se usa para obtener un cierto número de imágenes de una pieza de trabajo en una posición relativa a una fuente de rayos X o cámara de rayos X dentro de un rango angular limitado. Este método permite la adquisición de imágenes tomográficas con las alturas deseadas resaltadas (Figura 3). Aunque consume más tiempo que el método de rayos X 2D, la tomosíntesis permite una adquisición de imagen más rápida que el método TC y es superior al método 2D en términos de calidad de imagen. Debe notarse que si las imágenes tomográficas se capturan a una distancia suficiente de la posición de enfoque de la fuente de rayos X o cámara, tienden a ser más borrosas que las imágenes TC.

El método TC se usa para obtener un número de imágenes de una pieza de trabajo en una posición relativa a una fuente de rayos X o cámara durante una rotación de 360 grados y reconstruirlas en datos tridimensionales (3D). Este método maneja un mayor volumen de datos que los otros métodos y por tanto proporciona la mejor calidad de imagen. Su fortaleza es que permite la extracción y uso no solo de datos en dirección planar horizontal, sino también de datos en dirección de altura desde los datos 3D reestructurados. Incluso cuando se captura lejos de la posición de enfoque de la fuente de rayos X o la cámara de rayos X, una imagen tomográfica usando este método tendrá una calidad de imagen clara y con poca borrosidad. Por otro lado, este método toma más tiempo para la adquisición de imagen y usualmente entrega una dosis más alta a la pieza de trabajo.

La Solución AXI

Omron adoptó un nuevo método de inspección que puede identificar los puntos deseados en datos 3D y realizar diagnóstico basado en imagen para inspeccionar con precisión la forma de cada superficie de junta de soldadura. La solución AXI de Omron aprovecha el método TC y permite inspecciones de alta precisión libres de restricciones de la parte inferior de la placa de circuito. Sus principales componentes técnicos consisten en hardware capaz de detección segura y de alta precisión, junto con software que permite control de alta velocidad con excelente capacidad de respuesta.

El hardware consiste principalmente en componentes mecánicos, eléctricos y de imagen. Por tanto, los parámetros de diseño —como seguridad electromecánica, blindaje, precisión de movimiento de ejes, capacidad de respuesta de control, calidad de imagen y tasa de imagen— juegan un papel importante en asegurar el rendimiento del sistema. La parte de software del sistema consiste en optimizador de ensamblaje para correcciones de diferencias de máquina, una aplicación principal para desarrollo de programa de inspección, un proceso de reconstrucción para convertir imágenes capturadas en datos 3D, y un algoritmo usado para realizar inspecciones de los datos 3D obtenidos. Estos componentes técnicos están relacionados entre sí de manera compleja y deben trabajar juntos sin problemas dentro de cada módulo de función para inspecciones de alta precisión y alta velocidad. Esto es particularmente importante para la adquisición de imágenes TC de alta calidad, que es el núcleo de esta tecnología y proporciona el rendimiento básico de los dispositivos de imagen, diseño y control geométrico de alta precisión, y procesamiento de corrección robusto e algoritmos de inspección.

Las siguientes secciones examinan cada una de estas capacidades.

1. Rendimiento Básico de Dispositivos de Imagen (FPD y Rayos X)

Referencias

• Sugita, S. Tecnología de inspección TC de alta velocidad para mayor cobertura de garantía de calidad de montaje (en japonés). Actas de la 52ª Sesión de Soldadura, Sociedad Japonesa de Soldadura, 2011, p. 4.
• Sociedad Japonesa de Tecnología Radiológica (Ed. Supervisora). Ichikawa, K.; Muramatsu, Y. eds., Medición Estándar de Imagen TC de Rayos X (en japonés). Ohmsha, 2009, pp. 27-28.