Automaattinen optinen tarkastus pintaliitosprosessissa

Abstract

Pintaliitoksesta on tullut vallitseva tapa kiinnittää komponentteja piirilevykokoonpanojen valmistuksessa. Automaattinen optinen tarkastus (AOT, engl. AOI, Automated Optical Inspection) on ollut käytössä pintaliitosprosessissa vuosikymmenien ajan. Ensimmäiset AOT järjestelmät käyttivät yksinkertaista 2D kuvantamista, ja vaikka erilaisia 2D AOT järjestelmiä on vielä tänä päivänä käytössä, useissa nykyaikaisissa järjestelmissä hyödynnetään 3D kuvantamistekniikoita. Kuvankäsittelyn kehittyminen ja tietokoneiden laskentatehon kasvaminen mahdollistavat yhä tarkempien AOT järjestelmien toteuttamisen. Tässä työssä selvitetään, mitä hyötyjä saadaan AOT:n käytöstä pintaliitosprosessissa, mitä haasteita siinä on, sekä mitä tarkastuksia tehdään optisen tarkastuksen lisäksi. Lisäksi käydään lyhyesti läpi sekä pintaliitosprosessi että optinen tarkastus. Työ tehtiin kirjallisuusselvityksenä. Työn lähteissä keskityttiin erityisesti tutkimuksiin, joiden aiheena oli pintaliitosprosessissa käytettävien optisten tarkastusten kehittäminen. AOT on tärkeässä roolissa pintaliitosprosessin laadunvalvonnassa. Pintaliitosprosessissa AOT:illa tehdään tyypillisesti kolme eri tarkastusta: juotospastan tarkastus, reflow-juotosta edeltävä tarkastus ja reflow-juotoksen jälkeinen tarkastus. Eri vaiheiden tarkastuksilla voidaan sekä havaita että ehkäistä prosessissa tapahtuvia virheitä. Lisäksi tarkastukset antavat mahdollisuuksia prosessin säätöön ja tilastolliseen prosessinhallintaan. Löytämällä mahdolliset virheet aikaisin sekä ennaltaehkäisemällä virheiden muodostumista minimoidaan virheiden ja niiden korjaamisen aiheuttamat kustannukset. Haasteina AOT:llä on erityisesti nykyaikaisen kokoonpanon komponenttien pienuus ja suuri määrä. Juotospastan tarkastuksessa tarvitaan 3D-kuvantamista ja virherajojen asettaminen on hankalaa. Reflow-juotosta edeltävässä tarkastuksessa komponenttien heterogeenisyys voi aiheuttaa ongelmia, kun taas reflow-juotoksen jälkeisessä tarkastuksessa juotoksien heijastava pinta sekä tarkastettavien kohteiden ja virhetyyppien suuri määrä tekee tarkastuksesta haastavaa. Optisella tarkastuksella ei pystytä tarkastamaan alta juottuvia komponentteja, kuten BGA-paketteja (engl. Ball Grid Array), joiden käyttö on lisääntynyt piirilevykokoonpanoissa. ART (Au-tomaattinen Röntgen Tarkastus, engl. AXI, Automated X-ray Inspection) voidaan tehdä reflow-juotoksen jälkeen, joko optisen tarkastuksen lisäksi tai sen sijaan. ART:llä pystytään tarkasta-maan optiselta tarkastukselta peitossa olevat juotokset, sekä löytämään juotoksien sisällä mahdollisesti olevia virheitä. ART-järjestelmät ovat kuitenkin tyypillisesti hitaampia ja kalliimpia kuin AOT-järjestelmät. Reflow-juotoksen jälkeisen tarkastuksen lisäksi tehdään sähköisiä ja funktionaalisia tarkastuksia. Nämä tarkastukset ovat viimeiset tarkastukset prosessissa ja niillä varmistetaan, että tuote toimii oikein.