Červené, bílé nebo modré, pane?

V minulém století, když výrobci desek plošných spojů (DPS) investovali do optických inspekčních zařízení, neměli příliš na výběr v systému osvětlení pro svůj nový stroj. Osvětlovací systém je část optického inspekčního zařízení zodpovědného za osvětlení DPS pro kamerovou část, která zpracuje obraz pro další analýzu. Je proto velmi důležité zvolit ho tak, aby optimálně vyhovoval pro všechny typy vyráběných DPS. Výběr byl tehdy jednoduchý. V posledních čtyřech letech se ale vyskytly další možnosti – bílé odražené světlo (reflexní systém) nebo laserová fluorescence (fluorescenční systém).

Obr. 1 Princip reflexního osvětlení

Původní automatické optické inspekce (AOI) v polovině 90. let používaly ve svých osvětlovacích systémech pro zesílení a zlepšení obrazu kontrolovaných DPS pouze bílé světlo. To bylo ideálně využitelné v době, kdy výrobci před laminací pečlivě čistili vrstvy vyrobené z mědi a epoxidového laminátu. Čisticí metody byly různé, ale před laminací fotorezistu byla vrstva mědi vždy čistá a zářivě jasná. Vše fungovalo velmi dobře, pokud byly vrstvy pro inspekci vyrobeny vždy ve stejné kvalitě. Ale když byly jakkoli jiné než perfektní, systém selhal. Hlavním viníkem špatných výsledků kontroly byly nečistoty na mědi. To dále většinou končilo řadou chybových hlášení. Chybová hlášení patří mezi nepřátele optických inspekčních systémů a je nutné se jich vyvarovat za každou cenu.

Obr. 2 Princip fluorescenčního osvětlení

Částečně pomohl vývoj jednoho z hlavních dodavatelů optických inspekčních systémů. Ten představil systém osvětlení na bázi laseru, který pro zobrazení využívá fluorescenčních vlastností laminátu, a tak eliminuje chyby vzniklé z důvodů nedokonalého povrchu. Fluorescence nebo fluorescenční energie je formou záření, které produkují určité organické látky v případě osvětlení laserem nebo ultrafialovým zářením. Fluorescenční energie má jinou vlnovou délku než zdroj záření a může být oddělena z odražené energie před dopadem na CCD chip.

Na konci 20. století si výrobci DPS mohli vybrat v podstatě pouze ze dvou systémů – reflexní, nebo fluorescenční.

Obr. 3 Využití vlastností fluorescenčního osvětlení

V roce 2004 bylo možné vidět velmi rozdílnou situaci týkající se typů materiálů, které chtěli výrobci kontrolovat. Dnešní výrobci DPS kladou mnohem větší nároky na dodavatele laminátu. Vyžadují, aby měděný povrch měl lepší vlastnosti pro vícevrstvé spoje a nevyžadoval čištění před nanášením fotoresistu. To znamená, že jasná a čistá měděná vrstva je nyní překryta matným, málo kontrastním laminátem, a to vede k jasným změnám ve vývoji osvětlovacích systému u AOI. Zatímco v polovině devadesátých let byla objektem kontroly čistá a jasná vrstva mědi, můžeme nyní vidět řadu rozdílných povrchů – od velmi matných až po nehomogenní flekaté povrchy. To všechno ještě zvyšuje nároky na zobrazovací systém. Celkem vzato je to pro inspekci obrovské množství různorodých materiálů včetně dobře známé RTF fólie, DSTF fólie a dalších různě chemicky upravovaných fólií. Díky tomu vyvinuli výrobci inspekčních systémů zcela nové systémy.

V místech s dobrým odrazem je osvědčené bílé osvětlení stále dobré, ve skutečnosti velmi dobré obzvlášť, když se díváme na čistý a jednotný měděný povrch. V případě zašlé měděné fólie nebude ale tento systém dávat jednotné výsledky. Ještě horší je varianta, kdy by měl být takový materiál efektivně kontrolovaný při špatné odrazivosti pod bílým osvětlením. Dřívějším řešením bylo použití jiného typu bílého osvětlení v kombinaci s rozptýleným reflexním zdrojem nebo modifikací existujícího světelného zdroje. Prakticky to bylo jen provizorní řešení, které přineslo pouze částečné zlepšení. S vývojem nových CCD čipů je nyní možné osvětlit DPS pro získání snímků pro další analýzu světlem rozdílných barev. To otevírá nové období v osvětlení u optických inspekčních systémů.

Diody vyzařující světlo (LED) mají nyní převratný význam ve světě optické inspekce, obzvlášť díky svému zvyšujícímu se výkonu a barevnému rozsahu. Při správném výběru zdroje světla je nyní možné sledovat i nízkokontrastní materiály, které nebyly dříve kompatibilní s reflexním systémem osvětlení. V ne. dávné době začaly být využívány v řadě zařízení červené diody. Zařízení s tímto typem osvětlení podává velmi dobré výsledky i u nízkokontrastních materiálů, zejména pak v detekci chyb vzniklých nedokonalým leptáním.

Samozřejmě jsou zde fyzikální hranice, kde dokonce ani při červeném osvětlení DPS nemají snímky dostatečný kontrast vhodný pro optickou inspekci. Proto byly testovány další netradiční technologie, například ultrafialové LED.

Některé typy LED vyzařují dostatečnou energii v části UV spektra pro použití fluorescence mnoha současných laminátů používaných při výrobě DPS. To otevírá novou kategorii fluorescenčních zařízení, která využívají pro zobrazování levné LED a moderní CCD kamery. To všechno vede ke snížení ceny zařízení pro koncového uživatele. Díky odstranění potřeby vysokého kontrastu mezi materiálem obvodu a laminátu mohou nyní CCD kamery získat snímky přímo z laminátu. Tato metoda má i další výhody pro základní materiál vodičů, a to jak pro měď, tak i pro jiné vodivé materiály. Ty nyní nově nepotřebují žádnou další speciální přípravu a mohou být předloženy k optické inspekci v jakkoliv znečištěném stavu.

Všechny výhody i nevýhody a srovnání různých technik osvětlení jsou zobrazeny v tabulce.

Dodavatelé přístrojů nyní tedy mohou nabízet reflexní a fluorescenční osvětlovací systémy vhodné pro všechny aplikace nebo dokonce mohou nabízet oba dva osvětlovací systémy v jednom zařízení.

Současné optické inspekční systémy urazily při svém vývoji za poslední 4 roky dlouhou a náročnou cestu. Proto se při jejich výběru můžeme setkat s otázkou: „Červené, bílé, modré nebo v kombinaci, pane?“

www.lloyd-doyle.com

Poznámka 1. Optické inspekční systémyzahrnují automatické optické inspekční systémy – AOI a automatické optické testovací systémy – AOT.

Poznámka 2. CCD chip je elektronickézařízení, část kamerového systému, zodpovědné za převod světelné energie do digitálního signálu a vytvoření části strojově generovaného obrazu.