CC BY
7
ЭЛЕКТРОНИКА
УДК 621.389
МЕТОДИ КОНТРОЛЮ ЯКОСТ1 ГНУЧКИХ СТРУКТУР
ПРИТЧИН С.Е., ГУР1НА Д.В., ДЕМСЬКА Н.П. Розглядаються iснуючi методи контролю якосп гнучких структур на вах етапах виробництва. Виявляються переваги та певнi недолiки кожного з методiв контролю якостi гнучких структур. Для реалiзацil задачi автоматизацп процесу контролю якостi гнучких структур та для подальшого удосконалення на етат готово! продукцп обираеться метод неруйшвного контролю якостi, а саме метод активного теплового контролю. Вступ
1снуе ряд метод1в, яю використовують для контролю якост гнучких структур на етат виготовлення. Для виршення задач1 автоматизацп процесу контролю якост [1,2] необхщно обрати метод, що дозволяе оцшювати готов1 вироби. 1снуюч1 методи дають можливють проводити процес контролю якост на вс1х етапах виробництва, але серед них немае ушверсального методу, що дозволить автоматизувати процес контролю на будь-якому етат виробництва. Саме тому необхщно проанатзувати юнуюч1 методи контролю якост та обрати серед них такий, що дозволить проводити автоматизований контроль якост гнучких структур. Вiзуальний контроль
Контроль зовшшнього вигляду вироб1в викорис-товуеться для оцшки якост окремих технолопч-них операцш { як складова частина шдсумкового контролю. Щц контролем зовшшнього вигляду виробу ми розум1емо визначення ступеня його вщповщносп деякому еталону. Еталон може бути присутшм в явному вигляд1 { в цьому випадку найбшьш простим (якщо це можливо) е поед-нання контрольованого зображення з еталоном { оцшка ступеня вщмшность Часпше ж еталона, як такого, немае, а е лише уявлення про нього. Суть контролю в такому випадку полягае в оцш-щ вщповщносп картини, за якою ведеться спо-стереження, цьому уявленню. Недолшами методу в1зуального контролю е:
- суб'ектившсть методу;
- неможливють виявити «приховаш» дефекти (подряпини, вщколи, раковини { шш1 порушення метатзаци, а також вкраплення { нарости, що призводять до надм1рного звуження вщсташ м1ж сусщшми елементами топологи);
- низька достов1ршсть контролю (60-65%).
Внутршньосхемне тестування
Внутршньосхемне тестування - технолопя перев1р-ки окремих компонент1в на гнучких структурах, або фрагмеипв схем з використанням спещального об-ладнання (ГСТ-станцш) { оснащення (голчастого адаптера). Завдяки цш методищ тестування можна анал1зувати окрем1 компоненти { аналогов! частини схем, а також устшно застосовувати на великосе-ршному виробницга, тобто в тих випадках, коли шш1 сучасш технологи не справляються. Умовно внутршньосхемне тестування можна розд> лити на аналогове 1 цифрове. При аналоговому вну-тршньосхемному тестувант зазвичай перев1ряють-ся таю характеристики:
- наявшсть коротких замикань { обрив1в;
- номшали дискретних компонент (резистор1в, конденсатор1в, шдуктивностей, дискретних нашвп-ровщникових прилад1в);
- наявшсть { правильшсть установки мшросхем. Цей метод тестування дозволяе виявити велику ю-льюсть дефектов складання, тому аналогове внутр> шньосхемне тестування часто називають анал1зом виробничих дефектов [3].
Оскшьки дана технолопя заснована на ф1зичному контакт голок з контактами компонент, що тес-тують, виникае ряд труднощ1в при реал1заци цього тдходу в тестуванш.
Постойна мшатюризащя компонент призводить, зокрема, до зменшення ф1зичних розм1р1в контакт-них майданчиюв { !х перемщення шд корпус. Також в багатошарових структурах значна кшьюсть з'ед-нань реал1зована у внутршшх шарах. Одним з вар1-антов виршення цих проблем е використання методу тестування «лтоаючими щупами» або «лтоаючими матрицями». Цей шдхщ дозволяе шти вщ необхщ-носто виведення спещальних контактних майданчи-юв для тестування, але значно збшьшуе час перев1р-ки, що е ютотним обмеженням для сершного вироб-ництва. На рис. 1 представлений процес тестування «лтоаючими щупами».
Рис. 1. Процес тестування «лтгаючими щупами» Основним недолгом цього методу е велика вартость устаткування, що необхщне для проведення контролю якосто.
Перифершне тестування
Методика перифершного тестування дозволяе контролювати якiсть монтажу i вщбраковувати пристро! ще до стадн функщонального тестування.
Тести для перифершного сканування (boundary-scan) дозволяють тдвищити якiсть пристро!в, що розроблюються, та економити витрати на етат сершного виробництва. Основна перевага ще! технологи - можливють тестування пристро-!в з обмеженим доступом до виводiв мiкросхем в корпусах BGA, COB i QFP. Але iснуе ряд обме-жень для використання цього виду тестування:
- неможливо виявити дефекти монтажу, пов'яза-нi з цифровими або аналоговими елементами, яю не мають JTAG-пiдтримки, також недоступна дiагностика дефектiв зв'язкiв мiж ними;
- неможливо виконати функщональш тести або тести, спрямоваш на виявлення несправностей, якi е тiею чи шшою функцiею часу;
- неможливо виконати тести, спрямоваш на виявлення таких дефектов шин даних, як, напри-клад, тремтiння фази, паразитш зв'язки, штерфе-ренцiя.
Функщональне тестування
Функцiональне тестування - перевiрка зiбраних або частково зiбраних пристро!в на виконання задано! функцiональностi i на вiдповiднiсть параметрам, як закладенi в специфшацп. Це так зване тестування тсля остаточного складання (EOL) - перевiрка функцiональностi та вщповщ-ностi специфшацп. Оцiнюеться не лише яюсть, але також стабшьшсть та надiйнiсть пристрою. Такий аналiз електронiки проходить з викорис-танням складного стендового обладнання, що iмiтуе систему, у складi яко! працюе пристрiй, що пiдлягае тестуванню. Якщо за результатами тако! перевiрки вщсоток браку перевищуе попе-редню ощнку, тодi коригуеться технологiя виробництва i запускаеться чергова пробна пария пристро!в. I так в декшька iтерацiй. Функцiональне тестування може проводитися як в ручному, так i в автоматичному режима При складанш тест-планiв ручну працю намагаються звести до мшмуму, залишивши оператору лише шдключення та вiдключення пристрою, а також контроль придатносто.
Основнi недолши даного способу перевiрки гну-чких структур - це необхщшсть виготовлення спецiалiзованоl оснастки та написання програм-ного забезпечення. Також функцiональне тестування, на вщмшу вiд перифершного сканування, не дае точно! вказiвки на дефектш ланцюги i ви-
води компонентiв, але в бшьшосто випадкiв прове-дення цих робгг виправдано максимальним покрит-тям плати та коротким часом тестування. Електричне тестування якост контролю гнуч-ких структур. Матрична система контактування Якщо перевiрка здшснюеться почерговим шдклю-ченням до кожного контакту для контролю його роз'еднання з кожним з решти, такий спосiб назива-ють максимальним, оскiльки вiн вимагае максимального числа контрольних операцш Дшсно, для перевiрки роз'еднання ланцюгiв потрiбно послщов-ним перебором обiйти вс пари контрольованих то-чок:
- перший обхщ: 1-2, 1-3, 1-4, ..., 1 - (п-1), 1-п;
- другий обхiд: 2-3, 2-4, 2-5, ..., 2 - (п-1), 2-п;
- останнш обхiд: (п-1)-п.
Наприклад, якщо плата мiстить п = 1000 роз'еднаних ланцюгiв, перевiрка !х на роз'еднанiсть складаеться з 500 000 операцш.
Рис. 2. Принцип комутацп ланцюпв в тестерах з матрицею контактов
Для зменшення кiлькостi контрольних операцш при перевiрцi роз'еднання ланцюпв використовуеться iнший спосiб комутацi! точок контактування на мат-рицi контактов («ложе цвяхiв») (рис.2). Цей спошб перевiрки називаеться iнверсним або зворотним. Щд час цього способу вс точки, що пiддаються контролю, з'еднуються з масою, i для перевiрки окремих ланцюгiв !х вщривають вiд маси i з'еднують з шиною вишрювань. Таким чином, iзоляцiя роз'еднаних ланцюгiв перевiряеться мiж окремо взятим лан-цюгом i всiма iншими, замкнутими мiж собою. Ко-жен ланцюг пiддаеться контролю на роз'еднання один раз, тому кшьюсть перевiрок дорiвнюе числу ланцюпв. Основним недолгом даного методу е його невисока швидюсть.
Система автоматизованого оптичного контролю якост Ар1ке
Технологiя виготовлення гнучких структур включае ряд еташв механiчно! та хiмiчно! обробки заготовок, в ходi яких неминуче з'являються помилки. Проблема контролю на заключних етапах може виршу-ватися електричними методами, а на попередшх стадiях зразки тддаються суцiльному або вибiрко-вому вiзуальному контролю.
На вггчизняних шдприемствах вiзуальний контроль в бшьшост випадкiв не автоматизований. AIO - системи (Automation Optical Inspection Systems), що випускаються закордонними фiр-мами, мають дуже високу вартють, тому у нас не поширеш. Aplite базуеться на стандартнш обчи-слювальнiй технiцi - персональному комп'ютерi i планшетному сканерi для введення контрольо-ваних заготовок.
Це дозволяе здешевити апаратне забезпечення на 1-2 порядки у порiвняннi з «важкими» системами та обирати оптимальну конфпуращю для конкретного технолопчного процесу. У ходi контролю виявляються такi дефекти, як розриви провщниюв, короткi замикання, пору-шення технолопчних допускiв на мiнiмальну ширину провщниюв i мiнiмальну вiдстань мiж ними, спотворення масштабу (розтягнення птв-ки фотошаблона) та шшь
Основний метод контролю - порiвняння з ета-лонним зображенням шляхом автоматичного сумщення двох картинок, в результат чого мо-жна побачити таю невщповщносл, як вiдсутнi або зайвi елементи рисунка плати. Система Aplite складаеться з трьох основних програмних модулiв: Aplite - власне система контролю, Phiplastic - редактор еталошв, Fama -редактор колiрних наборiв.
Контроль мае два застосування: пошук дефектiв, що виникли в ходi виготовлення плати або фотошаблона, i перевiрка результатiв векторизаци на вiдповiднiсть оригiналу. У першому випадку для контролю потрiбно створити еталонну гра-фiком, у другому - вона вже створена (це результат векторизаци).
Для створення еталона необхщно насамперед отримати тополопчний рисунок, контакты площадки i (необов'язково) отвори. В ^CT^i Aplite це може здшснюватися двома способами - iмпо-ртом графiки з CAD/CAM-системи у форматi Gerber RS-274-X або полпошзацп «золото! плати».
Недолшами цього методу е необхiднiсть викори-стовувати спецiальне устаткування, складностi з отриманням еталонного зображення. Метод теплового неруйшвного контролю 1снують такi види неруйнiвного контролю зпдно з фiзичними явищами, що використовують: маг-нiтний, електричний, вихрострумовий, радюхви-льовий, тепловий, оптичний, радiацiйний, акус-тичний i проникаючими речовинами [4-5, 10]. Тепловий метод неруйшвного контролю засно-ваний на реестраци збурень, що вносяться внут-
рiшнiми дефектами в регулярний (еталонний) характер поширення теплових потокiв в об'ект контролю.
Апаратурну базу теплового контролю складають iнфрачервонi системи вимiрювання температури, особливо тепловiзори.
У теплових методах неруйшвного контролю вико-ристовуеться теплова енергiя, що поширюеться в об'ект контролю. Температурне поле поверхш об'е-кта е джерелом шформаци про особливостi процесу теплопередачi, яю, в свою чергу, залежать вщ наяв-ностi внутрiшнiх або зовшшшх дефектiв. Пiд дефектом при цьому розушеться наявнiсть прихованих раковин, порожнин, трщин, непроварiв, стороннiх включень, всшяких вiдхилень фiзичних властивос-тей об'екта контролю вщ норми, наявносп мiсць локального перегрiву (охолодження). Безконтактш методи теплового контролю заснованi на використанш iнфрачервоного випромiнювання, що випускаеться всiма нагрiтими тiлами. 1нфрачер-воне випромшювання займае широкий дiапазон до-вжин хвиль вiд 0,76 до 1000 мкм [7-9]. Розрiзняють пасивний та активний тепловий контроль. При пасивному тепловому контролi аналiз теплових полiв виробiв проводять реестрацiею !х вла-сного теплового випромшювання. Активний тепловий контроль передбачае на^в об'екта зовшшшм джерелом енерги.
Основною характеристикою температурного поля, що е iндикатором дефектност^ служить величина локального температурного перепаду. Координати мiсця перепаду, його рельеф або, шшими словами, тополопя температурного поля i його величина в градусах е функщею велико! кшькосп факторiв. Цi фактори можна подшити на внутрiшнi i зовшшш. Внутрiшнi чинники визначаються теплофiзичними властивостями контрольованого об'екта i дефекту, а також !х геометричними параметрами. Ц ж фактори визначають часовi параметри процесу теплопередачу в основному, процесу розвитку температурного перепаду. Зовшшшми факторами е характеристики процесу теплообмшу на поверхш об'екта контролю (найчаспше величина коефщента конвективно! те-пловщдач^, потужнiсть джерела нагрiву i швидюсть його перемiщення уздовж об'екта контролю. 1снують такi способи активного теплового контролю виробiв:
а) короткочасний локальний нагрiв виробу з пода-льшою реестрацiею температури тiе! ж (при однос-торонньому контролi) або протилежно! областi (при двосторонньому контролi);
б) з використанням скануючо! системи, що е жорст-ко закршленими один до одного джерела на^ву i
рееструючого приладу (наприклад, радюметра), яю перемщаються з постшною швидкютю уз-довж поверхш зразка;
в) одночасне названия поверхш зразка уздовж деяко! лши з подальшою реестращею темпера-тури вздовж т1е! ж лши (при односторонньому контроле або уздовж аналопчно! лши з проти-лежно! поверхш зразка (при двосторонньому контрол^. Под1бна реестращя може бути здшс-нена, наприклад, приладом "Термопрофшь";
г) одночасне нагр1вання вс1е! поверхш зразка 1 подальша одночасна реестращя температурного розподшу на цш же або на протилежнш поверх-ш. Под1бний спошб контролю може бути здшс-нений за допомогою теплов1зора. Ефективнють виявлення дефектов кожним з опи-саних способ1в теплового контролю зменшуеть-ся вщ першого до четвертого, а продуктивнють -зростае.
Теплов1зор здшснюе в1зуал1защю температурного поля, наявного на поверхш, що спостертаеть-ся [6].
Спрощено, теплов1зор складаеться з оптично! системи (об'ектива), що фокусуе тепловий потш вщ об'екта на чутливий елемент - приймач шф-рачервоного випромшювання (1КД), { блоку об-робки (посилення) для подання теплово! карти (термограми) об'екта у вигляд^ зручному для анал1зу. За способом отримання термограм теп-лов1зшш прилади шдроздшяються на сканери та теплов1зори. Термосканери мають один чутливий елемент, на який системою сканування по-даеться 1КД вщ елеменпв об'екта вщповщно до заданих алгоритмом { з кроком, при якому фор-муеться матриця значень надходження сигнал1в. Чутливим елементом термосканера може бути елемент, що виготовлений за р1зними технолоп-ями. Теплов1зори мають багато чутливих елеме-нпв, розмщених на однш шдкладщ - матрицю (160х120, 320х240, 640х480). Кожен елемент фо-рмуе вихщний сигнал залежно вщ величини сигналу 1КД, що надшшов на нього з одинищ поверхш об'екта. Чутлив1 елементи матриць можуть бути виготовлеш за р1зними технолопями. Сучасш теплов1зшш комплекси е високошвидю-сними рееструючими системами, здатними отримувати { обробляти шформащю з великих площ ОК, що значно шдвищуе його продуктившсть. Для ефективного використання в АТК те-плов1зшних комплекшв необхщна наявнють майданчикового нагр1вача з досить високою щшьнютю потоку енерги { р1вном1рним його розподшом по поверхш ОК. Висою вимоги до
piBHOMipHOCTi на^вання пов'язаш з тим, що дшянки з температурою, яка вiдpiзняeться вiд середньо!, при проведенш АТК можуть сприйматися оператором як дефекти, що значно знижуе якють контролю. Серед переваг цього методу необхщно вщмтоити низьку ваpтiсть устаткування, швидкiсть проведення процесу контролю та можливють проводити контроль декшькох виpобiв одночасно. Висновки
Пpоаналiзувавши iснуючi методи контролю якостi гнучких структур, виявили ряд недолшв: висока вартють устаткування, що необхвдно для проведення контролю, невисока швидкють проведення контролю та неможливють використання одного методу на piзних етапах виробництва гнучких структур. Удосконалення обраного методу теплового неруйшвного контролю якост дозволить проводити контроль якост на будь-якому етат виробництва гнучких структур, а подальша автоматизащя методу дозволить проводити одночасне тестування 4 та бшьше структур. Лггература: 1. Hartley, R. Multiple view geometry in computer vision, Second Edition [Text] / R. Hartley, A. Zisserman. Cambridge : Cambridge university press, 2003. -655 p. 2. Путятт, С.П. Методи та алгоритми комп'ютерного зору [Текст]: / С. П. Путятин, В. О. Гороховатський, О.О. Матат. Х. : ТОВ «Компашя СМ1Т», 2006. 236 с. 3. The calculation of the current position of front freezing and dew point in the buildings during the phase transitions/O. Lebedev, M. Slitkov, V. Avramenko, E. Abramova, O. Budadin//Book of abstracts of 16th WCNDT.-TS2.21.3.-2004.-p.39-40. 4. Температурные измерения [Текст]: справочник // Геращенко О.А. К: Наук. думка, 1984. 494 с. 5. Вавилов, В.П. Неразрушающий контроль [Текст]: справочник/ Вавилов В.П. М.: Машиностроение, 2004. 679 с. 6. Современные тепловизоры для теплового контроля качества [Текст]: тез. докл. XI репон. студ. наук. конфер. (20-21 квггня 2011 р.). Харшв: НТУ «ХП1», 2011. 175 с. 7. Thermal Nondestructive Testing of Buildings In Practice / O. Lebedev, D. Kirzhanov, V. Avramenko and
0. Budadin // Proceedings of 16th WCNDT. № 609.2004.Р. 1-8. 8. Неразрушающий контроль и диагностика: справ. / В.В.Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев [и др.]; под ред.В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2005. 656 с. 9. Неразрушающий контроль: справ. : в8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2008. 10. Методы неразрушающего контроля. Ч. 1. Неразрушающие методы контроля материалов и изделий: учеб. пособие / В.И. Фанасов, Н. И. Кашубский, А. А. Кузнецов [и др.]. Красноярск : ИПК СФУ, 2009. 104 с.
Transliterated bibliography:
1. Hartley R. Multiple view geometry in computer vision. Second Edition [Text] / R. Hartley. A. Zisserman. Cambridge : Cambridge university press. 2003. 655 p.
2. Putyatin, Ye.P. Metody ta alhorytmy komp"yuternoho zoru [Tekst]: / Ye. P. Putyatyn, V. O. Horokhovats'kyy, O.O. Matat. Kh. : TOV «Kompaniya SMIT», 2006. 236 s.
3. The calculation of the current position of front freezing and dew point in the buildings during the phase transitions /O. Lebedev, M. Slitkov, V. Avramenko, E. Abramova, O. Budadin // Book of abstracts of 16th WCNDT. TS2.21.3. 2004. p.39-40.
4. Temperaturnyye izmereniya [Tekst]: spravochnik // Gerashchenko O.A. K: Nauk. dumka. 1984. 494 s.
5. Vavilov, V.P. Nerazrushayushchiy kontrol [Tekst]: spravochnik/ Vavilov V.P. M.: Mashinostroyeniye. 2004. 679 s. 6. Sovremennyye teplovizory dlya teplovogo kontrolya kachestva [Tekst]: tez. dokl. KhI region. stud. nauk. konfer. (20-21 kvitnya 2011). Kharkiv: NTU «KhPI». 2011. 175 s.
7. Thermal Nondestructive Testing of Buildings In Practice / O. Lebedev, D. Kirzhanov, V. Avramenko and O. Budadin // Proceedings of 16th WCNDT. № 609. 2004. p. 1-8.
8. Nerazrushayushchiy kontrol i diagnostika: sprav. / V.V. Klyuyev, F.R. Sosnin, A.V. Kovalev [i dr.]. M.: Mashinostroyeniye. 2005. 656 s.
9. Nerazrushayushchiy kontrol: s prav. : v8 t. M.: Mashinostroyeniye. 2008.
10. Metody nerazrushayushchego kontrolya. Ch. 1. Nerazrushayushchiye metody kontrolya materialov i izdeliy: ucheb. Posobiye / V.I. Fanasov. N. I. Kashubskiy. A. A. Kuznetsov [i dr.]. Krasnoyarsk: IPK SFU. 2009. 104s.
Поступила в редколлегию 21.09.2016 Рецензент: д-р техн. наук, проф. Оксашч А.П. Притчин Сергш Емшьович, д-р техн. наук, професор кафедри шформацшно-управляючих систем, Кременчуцький нацюнальний ушверситет iM. М. Остроградського. Науковi iнтереси: шформацшш технологiï керування. Адреса: Украша, 39600, Кременчук, вул. Першотравнева, 20, тел.: (056366)30157. Email: [email protected].
Гурша Дар'я Во. i<uiiMii|)iinia, acnipaHTKa кафедри комп'ютеpно-iнтегpовaних технологiй, aвтомaтизaцii та мехaтpонiки, ХНУРЕ. HayKOBi iнтеpеcи: MiKpo електpомехaнiчнi системи, методи якост електpонноi TexHiKH. Адреса: Украша, 61166, XapKiB, пр. Науки, 14, тел. (057)7021486. E-mail: [email protected]. Демська Наталiя Пав. мвиа, старший викладач кафедри комп'ютерно-штегрованих тexнологiй, автоматизацй' та мехатрошки, ХНУРЕ. Hayковi iнтepecи: оcобливоcтi мехашчних деформацш i руйнувань гнучких друкованих плат в aпapaтобyдyвaннi. Адреса: Украша, 61166, Харшв, пр. Науки, 14, тел. (057)7021486. E-mail: [email protected].
Pritchin Sergiy Emilovich, Dr. оf Tekhn. Sciences, Professor, Department of Information and Control Systems, Kremenchuk National University named after M. Ostrogradsky. Scientific interests: information management technologies. Address: 39600, Kremenchuk, ul. Pershotravneva, 20, tel.: (056366)30157. E-mail: alpritchin@ukr. net.
Gurina Daria Volodymyrivna, post-graduate student, department of computer-integrated technologies, automation and mechatronics, KNURE. Scientific interests: micro electromechanical systems, methods of quality of electronic equipment. Address: Ukraine, 61166, Kharkov, 14, Nauki Avenue, tel. (057) 7021486. Email: [email protected].
Demskaya Natalia Pavlovna, Senior Lecturer of the Department of Computer-Integrated Technologies, Automation and Mechatronics, KNURE. Scientific interests: features of mechanical deformations and destruction of flexible printed circuit boards in hardware engineering. Address: Ukraine, 61166, Kharkov, 14, Nauki Avenue, tel. (057) 7021486. E-mail: nataliia. [email protected].
