单次AOI扫描测量敷形涂覆层厚度

——用于敷形涂覆的光学检测

作者:SEICA Spa 公司:Francesco Argentiero

由于印制电路板(PCB)的工作环境问题,对其进行保护是十分必要的。

PCB面临的一些挑战包括湿度、宽温度范围、灰尘和化学污染。从20世纪60年代以来,采用的解决方案就是用一层薄薄的塑料材料覆盖基板。这项技术被称为敷形涂覆,并从那时起就越来越流行。

最初有一个利基市场(军事和航空应用),现在已经发展成为一个工业标准。敷形涂覆技术也从手动涂覆发展到全自动涂覆(图1);涂层检测技术的发展也同样如此。

日益增长的市场需求推动了这些技术的发展。

确保可靠的敷形涂覆的关键是敷形涂层的厚度,因此下一步发展将是自动测量涂层的厚度。

涂层厚度

市场上用于敷形涂覆层测量的最精确技术是在光学显微镜下观察PCB的截面;这种方法具有破坏性,因此不适用于连续工艺。

大多数非破坏性检测方法都是基于对非常小的表面区域的检测。例如白光干涉法、压力探针和涡流。为了验证PCB的整个表面,测试必须重复几次,这意味着是一个耗时的过程,与生产时间不相匹配。

敷形涂覆的自动光学检测

及时测量大面积PCBAs的一种可能方法是自动光学检测(AOI)或分别敷形涂覆检测(CCI)。遗憾的是,传统的可见光测量方法和传统的三维摄像系统在厚度测量中效果不佳,因为敷形涂覆膜大部分时间是透明的,只显示很少的结构,这些结构是解决对应的立体重建问题所必需的。激光线三角测量存在高度分辨率太低的问题。为了克服这一问题,许多敷形涂覆涂料中都含有紫外荧光示踪剂,这些示踪剂可以很容易地用相机进行测量(图2和3)。

由于这种光的强度取决于每个位置上示踪分子的数量,因此可以推断,它与每个位置敷形涂覆膜的厚度直接相关。

荧光测厚

让我们了解配备紫外线灯的AOI系统是如何工作的。用紫外荧光法测厚的基本假设是荧光示踪剂几乎均匀分布,并表现出恒定的荧光行为。等厚的薄膜如果受到相同的紫外线强度的激发,就会发出相同强度的光。光被相机捕捉,相机使用基于图4所示几何形状的测量模型来测量其强度。

可证明的相互关系如下式所示:

其中:

S—反射光强度

C—常数

I0—发射光强度

c—示踪剂浓度

α—衰减量

t—敷形涂覆层厚度

这些参数大部分是未知的,因此它们需要校准。其思想是使用厚度评估测量方法,进行校准,由Seica提供的Dragonfly Next系列系统采用了这种几何结构,并且由于软件和扫描技术的结合,具有先进的专有功能,使得其能够高效且轻松地测量整个PCB表面上的敷形涂覆层厚度。

扫描技术使用了一个特殊的光学系统(图5),该系统允许远心图像采集,印制电路板上的所有元件都以垂直的方式成像,只显示其顶部。

光学系统安装在带有RGB线阵相机的滑块上,而该区域由LED灯条照明,LED灯条也安装在滑块上。滑块在PCBA上移动,PCBA位于扫描仪下方的传送带上。该系统的最大优点是相对较短的采集时间,而复杂的全区域相机系统必须移到场景上方(图6)。

为了便于校准到给定的厚度,Dragonfly Next系列系统支持一个接口(图7和图8),该接口允许使用不同的模型来测量涂层厚度,基于涡流和白光干涉测量。

对于每批次的涂层,Dragonfly Next系列系统(图7)可以精确测量默认测试位置,对这些位置进行自动分析,并用于调整测量的荧光模型。

因此,Dragonfly Next系列系统是一种自动化光学检测系统,能够以与生产时间兼容的方式验证电子板上是否存在敷形涂覆涂层。

Dragonfly Next系列系统采用LED多色照明、UV LED照明和相机相结合的方式,保证了涂层的快速、完整测量。这种类型的扫描确保了对故障的全面检测,提供了客观和可重复的结果。

测试结果显示在返修工作站,以确保元件的返修都记录在案。这意味着节省时间和成本,以及相应的质量提高。

Dragonfly Next系列系统不仅可用于测量敷形涂覆层厚度,还可用于监控制造过程。事实上,这些系统可以略述制造过程中存在的问题,如喷嘴堵塞或材料更换。

系统的主要功能包括:

可以适应不同的生产线,实现自定义配置。

可同时检测PCB两侧。

能够通过条形码将检测结果与各个板匹配。

比配备相机的标准系统检测速度更快。

可以在几分钟内生成程序。

也可以通过编程工作站离线创建程序,因此不需要停止生产。

检测程序调试直观,不需要对工艺过程有深入的了解。

由于采用了电动系统,可以对元件侧进行检测,以确保通常标准AOI系统无法检测的区域也有敷形涂覆涂层。

简单的日常维护:只需简单地保持扫描仪外部玻璃的清洁。

同一块基板的三种视图如图10、图11和图12所示。

第一个是白光下的基板,第二个是紫外光下的基板,第三个是SW外推厚度。

图11中的强度与图8所示的校准厚度相关。为了使它更方便使用,不同的颜色可以用于不同的厚度。拓扑对应关系如图13所示。拓扑图结果如图12所示。

鉴于Dragonfly Next系列系统的能力,我们可以说,当特定的涂层荧光与其厚度相关联时,该系统能够进行可靠的CCI(敷形涂覆涂层检测),并确定PCB各部分的涂层厚度。

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