Akrometrix – automatizovaná inspekce rovinnosti DPS

Firma Akrometrix se sídlem v Atlantě dodává měřicí a testovací zařízení určená pro náročná měření zvlnění povrchu způsobená teplotou a měření stresu v materiálu. I když jsou tato zařízení primárně určena pro polovodičový průmysl, lze je využít i pro měření na deskách plošných spojů.

V případě desek, zejména těch velkých rozměrů, dochází vlivem působení teploty k deformacím rovinnosti jejich povrchu, což následně způsobuje problém vzniku pnutí jak v připájených SMT součástkách, tak i ve vlastní desce a pájených spojích. Obr. 1 názorně ilustruje situaci, kdy se pouzdro BGA při teplotě 260 °C poměrně značně prohýbá, a to ještě jinak než příslušná část desky pod ním.

Měřicí a testovací zařízení, které firma Akrometrix vyvinula a vyrábí, je založeno na platformě nazvané TherMoiré. Celkem vyrábí tři produkty – AXP, PS 600S a PS 200S, které se liší možnostmi měření a velikostí měřeného vzorku (400 × 400 mm, 600 × 600 mm a 150 × 200 mm).

K měření zvlnění povrchu používají všechna tři zařízení metodu Shadow Moiré, při které se využívá interference mezi referenční mřížkou a jejími stíny na měřeném vzorku pro měření vertikálních rozdílů každého pixelu měřené plochy. Praktické uspořádání vyžaduje přesnou referenční mřížku umístěnou nad měřeným objektem, přes kterou svítí z boku zdroj světla. Mřížka vytváří na měřeném povrchu stíny, jejichž rozměry se mění podle zvlnění povrchu. Odražené světlo prochází mřížkou ke kameře, kde se digitálně zpracuje. Měřený objekt je navíc polohovatelný v ose Z, čímž je možné upravovat jeho vzdálenost od referenční mřížky. Výsledkem je zobrazení rovinnosti sledované plochy (obr. 2). Ze získaných dat lze stanovit poměrně přesně odchylky od rovinnosti v kterémkoliv bodě plochy s rozlišením až 0,8 μm.

Protože se jedná o optické, bezdotykové měření, výsledné zvlnění povrchu není ovlivněno mechanickou zátěží. Měření probíhá velmi rychle i na velké ploše a je ve svém principu velmi jednoduché.

Software určený pro počítačové vidění používá získaná data k rekonstrukci sledovaného 3D povrchu. Takto lze například zobrazit i pájecí kuličky BGA či jakékoliv další objekty na desce plošných spojů či součástkách. Zařízení umožňuje zobrazit najednou i více různých výsledků pro porovnání a analýzy (obr. 3).

Protože se měření provádí při konkrétních teplotách v komoře zařízení, jsou všechny tři modely vybaveny topným zařízením s regulátorem, který umožňuje nastavit teplotu přesně podle zadaného teplotního profilu. Tím lze simulovat podmínky podobné jako např. při průchodu desky pájecím zařízením. Topení je velmi výkonné, takže nárůst teploty může být až 1,5 °C za sekundu. Aby bylo možné měření rychle opakovat, je komora také vybavena chladicí jednotkou, která dokáže vyhřátý prostor velmi rychle zchladit. Teplotu lze nastavit v rozmezí –50 °C až +300 °C.

Ovládací software umí analyzovat zachycená 2D a 3D data do velkých detailů. Zobrazení zvlnění povrchu je možné otáčet, naklápět, přibližovat a jinak ovládat pro potřeby analýzy. Výsledkem měření jsou tabulky a grafické znázornění zvlnění.

Zařízení jako AXP může být navíc doplněno o některé specializované doplňky. Např. modul Digital Image Correlation (DIC) používá dvě kamery a měří protažení materiálu v osách X a Y při zvlnění povrchu (obr. 4). Ze změřených hodnot protažení původní délky se vypočítává napětí v materiálu a koeficient tepelné roztažnosti daného materiálu.

Podrobnější informace o společnosti Akrometrix a jejích produktech naleznete na: www.akrometrix.com.