Переход к новой цифровой промышленной концепции, известной как «Индустрия 4.0», «Умное производство» или «Интернет вещей» приведёт к принципиальному изменению производства, технологических процессов и электронной промышленности в целом. Речь идёт об автоматическом взаимодействии, сборе и обмене большим количеством данных. Однако, само по себебольшое количество данных не несёт никакой практической пользы, так как они нуждаются в анализе, интерпретации и принятии соответствующего решения. Процесс сбора всевозможных технических параметров с производственной линии будет заканчиваться хаосом до тех пор, пока не будет способа обработки только релевантных данных в режиме реального времени.
Последующая визуализация данных на панели системы управления информацией MIS позволит предпринять превентивные меры для улучшения качества производства. При этом исполнение этих мер должно быть максимально автоматизированным.
Цель данных мер заключается в оптимизации процесса в рамках технологического окна с требуемым качеством и поддерживать его в стабильном состоянии.
Рагнер Вага (Ragnar Vaga) — Global Business Development Manager YXLON International
Анатолий Копыстыренский — Глобал Инжиниринг, Россия.
«at-line» системы рентгеновского контроля —
внедрение в сборочно-монтажную линию
Когда речь идет о полностью интегрированной производственной среде необходимо принять во внимание три наиболее важных аспекта: качество исходных данных, наличие достаточных аналитических мощностей и способность системы определять первопричину возникновения проблем. Без этого, мы не можем говорить о реализации концепции Индустрия 4.0.
Все вышеназванные требования имеют сегодня объективные ограничения:
Используемые датчики и сенсоры должны обладать высокой точностью и чувствительностью
При создании умного производства все установки и системы становятся, по сути, интеллектуальными сенсорами-датчиками, которые осуществляют сбор данных с производственной линии и самих печатных плат без участия человека. Точность и чувствительность таких сенсоров имеет большое значение, особенно для систем оптического и рентгеновского контроля (AOI/AXI). Несмотря на высокие показатели технических характеристик встраиваемых в линию систем рентгеновского контроля, они по-прежнему не способны находить дефекты без помощи вспомогательных технологий. Например, 3D-установка автоматической оптической инспекции является наилучшим решением для верификации таких технологических параметров как точность монтажа, количество компонентов, полярность, компланарность выводов микросхем или коробление компонентов. Но данная система не способна ответить на вопросы: «QFN изогнут. Но есть ли электрический контакт?» или «BGA микросхема приподнята. Есть ли электрический контакт?»
Было бы здорово, если бы система рентгеновского контроля самостоятельно выполняла инспекцию подозрительных мест на плате, а оператору оставалось только идентифицировать дефект и скорректировать профиль пайки компонентов с контактными площадками на нижней стороне корпуса как на рисунках 2 и 3, где под BGA корпусом мы можем видеть небольшой «потерянный» компонент.
 Рис. 2 |
 Рис. 3 |
Встроенным в линию системам рентгеновского контроля не хватает необходимого разрешения, требуемого для определения дефекта «голова на подушке». In-line системы рентгеновского контроля могут обнаружить дефект «голова на подушке» при стандартном увеличении, но поскольку размер шаров BGA-микросхем становится меньше, есть большая вероятность упустить из виду данный дефект.
В in-line системах рентгеновского контроля процедура определения дефекта «голова на подушке» осуществляется, по меньшей мере, в 3 разных позициях — срез на уровне контактной площадки, срез по центру шарика BGA и срез на уровне корпуса (Рис.4).
Сложные алгоритмы и настраиваемый диапазон увеличения позволяет определить, является ли конкретный шар больше или меньше, чем его соседние. При сомнительном результате инспекции компонента можно даже увеличить количество срезов, но при этом следует учитывать, что данная мера увеличит время инспектирования.
Вместе с этим, основная масса встраиваемых в линию систем рентгеновского контроля дает большое количество ложных обнаружений дефектов. Результаты инспекции необходимо либо подтверждать на станции верификации либо инспектировать изделие заново на более мощных отдельно стоящих системах контроля высокого класса. Причина этого проста, для исследования дефекта «голова на подушке» требуется снимок высокого разрешения, выполненный в косоугольной проекции (Рис. 5). Такие снимки могут быть получены только при помощи автономных или at-line систем рентгеновского контроля.
И последнее, но не менее важное: миниатюризация компонентов и пропорциональное уменьшение размеров кристаллов увеличивает их подверженность термострессу. Чем меньше, тоньше компонент, тем больше он подвержен негативному влиянию высоких температур, и тем сильнее выражен эффект коробления компонента. Наибольшую проблему вызывает образование пустот в паяных соединениях, которые представляют собой препятствие для отвода тепла и могут стать причиной отказа. Поэтому точность и чувствительность систем контроля являются важнейшими параметрами.
Установки и системы объединённые в «умное производство»
должны стать самообучающимися, научится «мыслить» превентивно
Как уже говорилось ранее, умное производство — это среда объединявшая системы и установки, в которой машины могут «общаться» между собой и на основе «диалога» самостоятельно принимать решения, решая проблемы до их возникновения.
Однако данный диалог основывается на алгоритмах. По определению алгоритм может дать только один единственный ответ. Даст ли данный алгоритм правильный ответ или предложит один из трех, четырех или пяти вариантов? Как он будет отвечать на один и тот же вопрос? Одинаково или по-разному?
Большинство MIS систем не готовы управлять потоками больших данных из-за нехватки аналитических инструментов. Без участия человека для принятия важных решений, обусловленных знаниями и опытом мы не можем говорить о полностью эффективном и работоспособном умном производстве. Поэтому для создания надежного решения необходимо объединить вместе человеческий разум и алгоритмы, что позволило бы технологам принимать обоснованные решения после просмотра всех данных, поступающих из разных точек предприятия.
Все данные передаются на один экран, где также отображается хронологическая информация и иные параметры необходимые для принятия обоснованного решения. Это позволяет управлять производственными процессами, изменять параметры и режимы в реальном времени, гарантируя, что выпускаемая продукция останется стабильной в рамках оптимального технологического окна . Это также большой шаг на пути к полной автоматизации, которая позволит увеличить производительность и сократить расходы.
At-line системы рентгеновского контроля, объединенные в производственную сеть
В отличие от автономных off-line систем, at-line системы рентгеновского контроля интегрированы в единую сеть и располагаются в непосредственной близости с производственной линией. Это облегчает доступ к системе при возникновении спорных вопросов, а также это делает машину полноценным звеном производственного процесса, а не просто системой контроля качества, стоящей где-то в лаборатории.
Над интеграцией в сеть системы рентгеновского контроля компания YXLON работает с 2015 года.
Рис. 6
Результатом данной работы является возможность простой интеграции системы в любую производственную линию, в любое уже существующее производство. At-line системы рентгеновского контроля могут быть внедрены в производственную линию в качестве инструмента верификации для уже используемых систем SPI, 3D АОИ или AXI.
Такую аt-line систему имеет смысл использовать для повторной инспекции с высоким разрешением с целью подтверждения или опровержения наличия на плате дефектов. Результаты инспекции могут сохраняться как на компьютер системы рентгеновского контроля, так и могут экспортироваться на MIS систему заказчика. Связь at-line системы рентгеновского контроля обеспечивается по протоколу интернета (IP) и протоколу передачи данных (TCP).
Дальнейшее использование информации (сопоставление и визуализация результатов, полученных при помощи разных систем инспекции) зависит от требований и возможностей заказчика.
Основной задачей данного решения является предоставление технологам информации в унифицированной форме на основе которой можно заранее обнаружить проблемные участки и предпринять все необходимые меры для улучшения качества выпуска изделий.
Основная проблема Индустрии 4.0 — стандартизация
Основной проблемой внедрения концепции Индустрия 4.0 является стандартизация коммуникационных протоколов и интерфейсов, которые обеспечивают взаимодействие между технологическим оборудованием и MIS системами. Для отслеживания движения печатных плат по производственному циклу без применения устройств считывания штрих кодов необходимо, чтобы оборудование было объединено в единую промышленную сеть. Это позволяет MIS системам систематизировать и отслеживать технологические данные по каждой плате или партии без потерь информации и снижения производительности. Такой тип коммуникационного взаимодействия сокращает финансовые издержки и минимизирует усилия при замене выпускаемых изделий.
Для этой цели был разработан новый стандарт Hermes, который в будущем заменит SMEMA стандарт и станет коммуникационным протоколом всей промышленной отрасли.
Компания YXLON, как единственный в мире производитель at-line систем рентгеновского контроля, первыми присоединилась к данной инициативе. Первая версия стандарта Hermes направлена на повышение эффективности стандарта SMEMA путем включения в интерфейс возможности передачи уникального IP-платы, уникального идентификатора первой в линии машины, штрих-кодов и тд. Дополнительные преимущества для производителей автономных off-line систем появятся в следующей версии стандарта Hermes.
Помимо стандартизации интерфейса «машина-машина», необходима также стандартизация интерфейсов MIS систем заказчиков. Пока идет непрерывная конкуренция за позицию наиболее широко используемого стандарта, крупные производители электроники стараются избегать использования платформ сторонних производителей и предлагают прямое взаимодействие между технологическим оборудованием и системами управления информацией. Данное решение на основе открытого исходного кода должно соответствовать следующим требованиям:
- умная связь — возможность подключения оборудования к любой доступной MIS системе по TCP-сети
- умное обслуживание — возможность отправки событий/статусов системой рентгеновского контроля Yxlon на MIS систему по TCP-сети
- мное производство — возможность повышения эффективности передачи данных систем инспекции на MIS системы и/или на другие стоящие в линии установки по TCP-сети
Источники:
1 Рисунки 1, 6 и 7 предоставлены компанией ViTrox
2 Кейт Брайнт, YXLON, Директор по развитию международного бизнеса направления электроники.