ระบบตรวจสอบด้วยภาพอัตโนมัติ AOI ถูกนำไปใช้อย่างไรในการผลิตวงจรพิมพ์
หลังจากความพยายามเกือบ 112 ปี ระบบตรวจสอบด้วยภาพอัตโนมัติ (AOI) ก็ประสบความสำเร็จในการนำไปใช้กับสายการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในช่วงเวลานี้ จำนวนซัพพลายเออร์ AOI เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และเทคโนโลยี AOI ต่างๆ ก็มีความก้าวหน้าอย่างมาก ปัจจุบัน ตั้งแต่ระบบกล้องแบบง่ายไปจนถึงระบบตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ 3 มิติ ซัพพลายเออร์หลายรายเกือบจะสามารถจัดหาอุปกรณ์ AOI ที่สามารถนำไปใช้กับสายการผลิตอัตโนมัติทั้งหมดได้
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ประสิทธิภาพของเครื่องพิมพ์วางตะกั่วบัดกรีและเครื่องวาง SMT ได้รับการปรับปรุง ซึ่งช่วยเพิ่มความเร็ว ความแม่นยำ และความน่าเชื่อถือของการประกอบผลิตภัณฑ์ อัตราผลตอบแทนของผู้ผลิตรายใหญ่จึงได้รับการปรับปรุง จำนวนส่วนประกอบที่บรรจุ SMT ที่เพิ่มขึ้นซึ่งจัดหาโดยผู้ผลิตส่วนประกอบยังเป็นตัวขับเคลื่อนการพัฒนาของระบบอัตโนมัติในสายการประกอบแผงวงจรพิมพ์ การวางส่วนประกอบ SMT อัตโนมัติสามารถขจัดข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการประกอบด้วยตนเองบนสายการผลิตได้เกือบทั้งหมด
ในอุตสาหกรรมการผลิต PCB การย่อขนาดและการเปลี่ยนแปลงสภาพของส่วนประกอบเป็นแนวโน้มการพัฒนามาโดยตลอด สิ่งนี้ได้กระตุ้นให้ผู้ผลิตติดตั้งอุปกรณ์ AOI บนสายการผลิตของตน เนื่องจากไม่สามารถทำการตรวจจับส่วนประกอบที่กระจายตัวอย่างหนาแน่นได้อย่างน่าเชื่อถือและสม่ำเสมอ และเก็บรักษาบันทึกการตรวจจับที่ถูกต้องโดยอาศัยแรงงานคนได้อีกต่อไป ในทางกลับกัน AOI สามารถทำการตรวจสอบซ้ำๆ และแม่นยำได้ และการจัดเก็บและการเผยแพร่ผลการตรวจสอบก็สามารถแปลงเป็นดิจิทัลได้เช่นกัน
ในหลายกรณี การตรวจสอบและการปรับแต่งเครื่องพิมพ์วางตะกั่วบัดกรีและกระบวนการประกอบโดยวิศวกรกระบวนการสามารถรับประกันได้ว่าอัตราการปนเปื้อนของตะกั่วบัดกรี (อัตราการกระเด็น) บนสายการผลิตมีเพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วน (ppm) สำหรับสายการผลิตที่มีผลผลิตสูง/การผสมต่ำ อัตราการปนเปื้อนของตะกั่วบัดกรีโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 20 ส่วนในล้านส่วนถึง 150 ส่วนในล้านส่วน ประสบการณ์จริงแสดงให้เห็นว่าเป็นการยากที่จะตรวจจับการปนเปื้อนของตะกั่วบัดกรีแต่ละชนิดโดยการสุ่มตัวอย่างและทดสอบตัวอย่างแผงวงจรพิมพ์เท่านั้น เฉพาะการดำเนินการตรวจสอบ 100% บนแผงวงจรทั้งหมดเท่านั้นที่สามารถรับประกันการครอบคลุมการตรวจสอบที่มากขึ้นได้ ซึ่งจะช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการทางสถิติ (SPC) ได้
ในระดับหนึ่ง มีการปนเปื้อนของตะกั่วบัดกรีบางประเภทเท่านั้น และการสร้างสารปนเปื้อนตะกั่วบัดกรีเหล่านี้สามารถเชื่อมโยงกับอุปกรณ์การผลิตบางอย่าง ในหลายกรณี คุณยังสามารถระบุการเกิดการปนเปื้อนของตะกั่วบัดกรีให้กับอุปกรณ์เฉพาะได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับตัวแปรบางตัว เช่น การชดเชยส่วนประกอบ (เนื่องจากผลการแก้ไขตัวเองในระหว่างกระบวนการรีโฟลว์) เป็นไปไม่ได้ที่จะย้อนกลับไปยังขั้นตอนการผลิตเฉพาะ ดังนั้น เพื่อตรวจจับการปนเปื้อนของตะกั่วบัดกรีทั้งหมด จึงจำเป็นต้องดำเนินการตรวจสอบ 100% ในแต่ละขั้นตอนการผลิตบนสายการผลิต อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง เนื่องจากข้อพิจารณาทางเศรษฐกิจ ผู้ผลิต PCB จึงไม่สามารถทดสอบแผงวงจรแต่ละแผงหลังจากแต่ละกระบวนการเสร็จสิ้นได้ ดังนั้น วิศวกรกระบวนการและผู้จัดการควบคุมคุณภาพจะต้องพิจารณาอย่างรอบคอบว่าจะสร้างสมดุลที่ดีที่สุดระหว่างการลงทุนในการตรวจสอบและผลประโยชน์ที่เกิดจากการเพิ่มการผลิตได้อย่างไร
โดยทั่วไป ดังแสดงในรูปที่ 1 คุณสามารถใช้ AOI ได้อย่างมีประสิทธิภาพหลังจากขั้นตอนการผลิตใดๆ ในสี่ขั้นตอนในสายการผลิต ย่อหน้าต่อไปนี้จะแนะนำการประยุกต์ใช้ AOI หลังจากขั้นตอนการผลิตที่แตกต่างกันสี่ขั้นตอนบนสายการผลิต SMT PCB เราสามารถแบ่ง AOI ออกเป็นสองประเภท: การป้องกันปัญหาและการตรวจจับปัญหา ในคำอธิบายต่อไปนี้ การตรวจสอบหลังจากการพิมพ์วางตะกั่วบัดกรี การวางอุปกรณ์ (แบบติดตั้งบนพื้นผิว) และการวางส่วนประกอบสามารถจัดเป็น การป้องกันปัญหา ในขณะที่ขั้นตอนสุดท้าย - การตรวจสอบหลังจากการบัดกรีแบบรีโฟลว์ - สามารถจัดเป็น การตรวจจับปัญหา ได้ เนื่องจาก การตรวจสอบในขั้นตอนนี้ไม่สามารถป้องกันการเกิดข้อบกพร่องได้
◆ หลังจากการพิมพ์วางตะกั่วบัดกรี: ข้อบกพร่องในการบัดกรีส่วนใหญ่เกิดจากการพิมพ์วางตะกั่วบัดกรีที่มีข้อบกพร่อง ในขั้นตอนนี้ คุณสามารถกำจัดข้อบกพร่องในการบัดกรีบน PCB ได้อย่างง่ายดายและประหยัด ระบบตรวจจับ 2 มิติส่วนใหญ่สามารถตรวจสอบการชดเชยและการเอียงของตะกั่วบัดกรี พื้นที่ตะกั่วบัดกรีไม่เพียงพอ รวมถึงการกระเด็นของตะกั่วบัดกรีและไฟฟ้าลัดวงจร ระบบ 3 มิติยังสามารถวัดปริมาณตะกั่วบัดกรีได้อีกด้วย
หลังจากการวางอุปกรณ์ (ชิป): การตรวจจับในขั้นตอนนี้สามารถตรวจจับส่วนประกอบที่ขาดหายไป การเคลื่อนที่ การเอียงของอุปกรณ์ (ชิป) และข้อผิดพลาดทิศทางของอุปกรณ์ (ชิป) ระบบตรวจจับนี้ยังสามารถตรวจสอบตะกั่วบัดกรีบนแผ่นรองที่ใช้เชื่อมต่อส่วนประกอบระยะพิทช์ใกล้เคียงและอาร์เรย์กริดบอล (BGA) ได้อีกด้วย
◆ หลังจากการติดตั้งส่วนประกอบ: หลังจากที่อุปกรณ์ติดตั้งส่วนประกอบบน PCB แล้ว ระบบตรวจจับสามารถตรวจสอบส่วนประกอบที่ขาดหายไป การชดเชย และส่วนประกอบที่เอียงบน PCB และยังตรวจจับข้อผิดพลาดในขั้วของส่วนประกอบได้อีกด้วย
หลังจากการบัดกรีแบบรีโฟลว์: ในตอนท้ายของสายการผลิต ระบบตรวจจับสามารถตรวจสอบส่วนประกอบที่ขาดหายไป การชดเชย และการเอียง รวมถึงข้อบกพร่องในทุกด้านของขั้ว ระบบยังต้องตรวจจับความถูกต้องของข้อต่อบัดกรี รวมถึงข้อบกพร่อง เช่น ตะกั่วบัดกรีไม่เพียงพอ ไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างการบัดกรี และเท้าที่ยกขึ้น
หากจำเป็น คุณยังสามารถเพิ่มวิธีการจดจำอักขระด้วยแสง (OCR) และการตรวจสอบอักขระด้วยแสง (OCV) สำหรับการตรวจจับในขั้นตอนที่ 2, 3 และ 4
การอภิปรายของวิศวกรและผู้ผลิตเกี่ยวกับข้อดีข้อเสียของวิธีการตรวจจับที่แตกต่างกันนั้นไม่มีที่สิ้นสุด ในความเป็นจริง เกณฑ์หลักสำหรับการเลือกควรเน้นที่ประเภทของส่วนประกอบและกระบวนการ สเปกตรัมความผิดพลาด และข้อกำหนดสำหรับความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ หากมีการใช้ BGA, การบรรจุแบบชิปสเกล (CSP) หรือส่วนประกอบแบบพลิกชิปจำนวนมาก ระบบตรวจจับจะต้องนำไปใช้กับขั้นตอนที่หนึ่งและสองเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด นอกจากนี้ การดำเนินการตรวจสอบหลังจากขั้นตอนที่สี่สามารถระบุข้อบกพร่องในสินค้าอุปโภคบริโภคระดับล่างได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับ PCBS ที่ใช้ในผลิตภัณฑ์การบินและอวกาศ การแพทย์ และความปลอดภัย (ถุงลมนิรภัยในรถยนต์) เนื่องจากข้อกำหนดด้านคุณภาพที่เข้มงวดมาก อาจจำเป็นต้องดำเนินการตรวจสอบในหลายๆ ที่บนสายการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากขั้นตอนที่สองและสี่ สำหรับ PCB ประเภทนี้ สามารถเลือกใช้รังสีเอกซ์สำหรับการตรวจสอบได้
หากต้องการประเมิน AOI ที่ใช้ในสายการผลิต จำเป็นต้องแยกแยะระหว่างระบบที่สามารถทำการตรวจจับเท่านั้นและระบบที่สามารถทำการวัดได้
ระบบตรวจจับที่สามารถมองหาข้อบกพร่อง เช่น ส่วนประกอบที่ขาดหายไปและการวางที่ไม่ถูกต้องเท่านั้น ไม่สามารถจัดหาเครื่องมือสำหรับการควบคุมกระบวนการได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้เพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิตของ PCBS ได้ วิศวกรยังคงต้องปรับกระบวนการผลิตด้วยตนเอง อย่างไรก็ตาม ระบบตรวจจับเหล่านี้ทั้งรวดเร็วและราคาไม่แพง
ในทางกลับกัน ระบบการวัดสามารถให้ข้อมูลที่ถูกต้องสำหรับแต่ละส่วนประกอบ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการวัดพารามิเตอร์กระบวนการผลิต ระบบเหล่านี้มีราคาแพงกว่าระบบตรวจจับ แต่เมื่อคุณรวมเข้ากับซอฟต์แวร์ SPC ระบบการวัดสามารถให้ข้อมูลที่จำเป็นในการปรับปรุงกระบวนการผลิตได้
โดยรวมแล้ว ไม่ครอบคลุมสำหรับผู้คนในการประเมินคุณภาพของระบบตรวจจับโดยพิจารณาจากอัตราความถูกต้องของการรายงานข้อผิดพลาดเท่านั้น นั่นคือ อัตราส่วนของข้อผิดพลาดที่แท้จริง (การรายงานข้อผิดพลาดที่ถูกต้อง) ต่อการแจ้งเตือนเท็จ (การรายงานข้อผิดพลาดเท็จ) หากต้องการประเมินระบบการวัด จำเป็นต้องอาศัยผลการประเมินความถูกต้องของระบบการวัดภายในช่วงความคลาดเคลื่อนที่เล็กกว่า การควบคุมกระบวนการทางสถิติ
สุดท้าย หากคุณต้องการใช้ข้อมูลจากระบบ AOI อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อช่วยให้คุณควบคุมกระบวนการผลิต ซึ่งจะช่วยให้บริษัทของคุณบรรลุผลผลิตที่สูงขึ้นและผลกำไรที่มากขึ้น คุณต้องเชี่ยวชาญข้อมูลต่อไปนี้:
ข้อมูลการวัดที่ถูกต้อง
การวัดที่ทำซ้ำได้และทำซ้ำได้
◆ ใกล้เคียงกับการวัดเหตุการณ์ในเวลาและพื้นที่
รวมถึงกระบวนการวัดแบบเรียลไทม์และข้อมูลทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิต
การติดตั้งระบบ AOI ในระหว่างกระบวนการพิมพ์หรือการติดตั้งสามารถช่วยให้คุณกำจัดตัวแปรกระบวนการอื่นๆ ที่สะสมในระหว่างกระบวนการผลิตได้ สมมติว่าคุณวัดว่าส่วนประกอบมีการเปลี่ยนตำแหน่งหลังจากบัดกรีแบบรีโฟลว์หรือไม่ ข้อมูลที่คุณรวบรวมไม่สามารถสะท้อนถึงความถูกต้องของกระบวนการติดตั้งได้ คุณควรวัดผลลัพธ์ทั้งหลังการติดตั้งและหลังการบัดกรีแบบรีโฟลว์ แต่ข้อมูลนี้แทบจะไม่มีประโยชน์ในการควบคุมการติดตั้งอุปกรณ์เลย เมื่อพิจารณาถึงแนวโน้มของการพัฒนาการตรวจสอบ การติดตั้งระบบ AOI ใกล้กับกระบวนการที่คุณต้องตรวจสอบสามารถแก้ไขพารามิเตอร์ที่กำลังจะเข้าสู่ขั้นตอนถัดไปได้อย่างรวดเร็ว ในเวลาเดียวกัน การตรวจจับระยะใกล้ยังสามารถลดจำนวน PCBS ที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดก่อนกระบวนการตรวจจับได้อีกด้วย
แม้ว่าผู้ใช้ AOI ส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ยังคงเน้นที่การตรวจสอบหลังการบัดกรีเท่านั้น แนวโน้มในอนาคตของการย่อขนาดของส่วนประกอบและ PCBS จะต้องมีการควบคุมกระบวนการแบบวงปิดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ระบบ AOI ที่สามารถให้โซลูชันการตรวจจับและการวัดที่มีประสิทธิภาพจะดึงดูดผู้ใช้มากขึ้นเรื่อยๆ และวิศวกรจะพิจารณาว่าการลงทุนในระบบดังกล่าวคุ้มค่ากว่า สำหรับลูกค้าทุกคน AOI จะยังคงมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงสายการผลิตผลิตภัณฑ์และเพิ่มผลผลิตของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
