INSPEKCJA PŁYTEK KRZEMOWYCH W PRAKTYCE

Zadaniem zautomatyzowanych systemów inspekcji płytek krzemowych pod kątem występowania defektów, czy to w formie ciał obcych, skaz, jak rysy, czy zniekształceń wzorów wykonanych na tym podłożu, jest ich wykrycie oraz ustalenie ich współrzędnych. Wymienione defekty ze względu na ich specyfikę można podzielić na dwie kategorie: losowe oraz regularne.

Skazy losowe stanowią przede wszystkim zarysowania i cząstki, które przywierają do powierzchni płytki w sposób nieuporządkowany. Zwykle różnią się także między sobą kształtem i rozmiarami. Zatem ich wystąpienie i położenie są całkowicie nieprzewidywalne.

Skazy drugiego typu zazwyczaj mają z kolei postać zniekształceń wzorów struktur wytworzonych w podłożu i są spowodowane nieprawidłowym przebiegiem procesów na kolejnych etapach obróbki płytek. Są zatem przewidywalne – dla pewnych struktur, w określonych warunkach lub przy danych parametrach procesów można się spodziewać ich wystąpienia. Oprócz tego zwykle są powtarzalne, co oznacza, że w kolejnych strukturach występują w tych samych miejscach.

Defekty tego rodzaju przeważnie wykrywa się przez porównanie ze wzorcem. Zanieczyszczenia i zarysowania na powierzchni są natomiast rozpoznawane na przykład poprzez zestawianie ze sobą obrazów sąsiadujących mikrostruktur. Konfiguracja systemu pomiarowego zależy też od tego, czy inspekcji poddawane są płytki krzemowe gotowe do pocięcia na poszczególne układy scalone, czy podłoża "puste".

Systemy wizyjne w inspekcji PCB

W procesie montażu płytki drukowane mogą być poddawane automatycznej optycznej kontroli jakości na kilku etapach. Typowo AOI (Automated Optical Inspection) przeprowadza się w celu inspekcji rozmieszczenia pasy lutowniczej i podzespołów elektronicznych na PCB, a następnie po ich przylutowaniu do płytki, w celu oceny poprawności, ciągłości oraz jakości połączeń.

Popularnym rozwiązaniem są systemy AOI 2D. Najbardziej zaawansowane wykorzystują kilka kamer o dużej rozdzielczości. Wśród zalet kontroli 2D wymienić można: opłacalność, szybkość, niewystępowanie problemów z zacienieniem, możliwość kontroli komponentów o wysokości powyżej kilku mm, elastyczność i dojrzałość technologii. Do jej ograniczeń z kolei zalicza się: brak możliwości przeprowadzenia kontroli współpłaszczyznowości i pomiarów objętościowych oraz często dużą liczbę fałszywych alarmów.

Alternatywą jest inspekcja 3D. Ograniczenia AOI 2D jej nie dotyczą. Z drugiej jednak strony należy się w jej przypadku liczyć z: większymi kosztami, wolniejszą kontrolą, problemami z zacienieniem, ograniczeniem w zakresie wysokości elementów poddawanych inspekcji (do kilku mm). Dobrym, kompleksowym rozwiązaniem jest zatem połączenie systemów 2D oraz 3D.

Dane pozyskiwane przez rejestratory obrazu są następnie poddawane obróbce oraz analizowane w specjalnym oprogramowaniu, w którym zaimplementowano algorytmy detekcji defektów. Typowo bazują one na porównywaniu obrazów obiektu inspekcji z obrazami odniesienia. W tej kwestii są stosowane różne podejścia.

Przykładowo obrazy PCB porównywane są ze wzorcem, czyli obrazem poprawnie zmontowanej płytki. Zadaniem programu jest w takim przypadku rozpoznanie różnic pomiędzy nimi. W bazie danych systemu AOI mogą być również przechowywane obrazy poprawnie, jak i niepoprawnie zmontowanych PCB. W takim przypadku program dopasowuje do tych wzorców obraz płytki aktualnej poddawanej kontroli. Korzysta się również z metod statystycznych.

Ostatnio oprogramowanie do przetwarzania obrazów z wizyjnych systemów inspekcji zaczęto uzupełniać o rozwiązania z zakresu sztucznej inteligencji, zwłaszcza metod głębokiego uczenia się. Narzędzia tego typu są w stanie "nauczyć się", na podstawie obrazów wzorcowych, rozpoznawania charakterystycznych cech obiektów badania w różnych warunkach, na przykład ustawionych pod różnym kątem, w różnej orientacji, przy różnym oświetleniu, w warunkach olśnienia. Następnie w oparciu o obrazy poprawnie oraz niepoprawnie zmontowanych płytek drukowanych klasyfikują anomalie rozpoznane na aktualnie poddawanej inspekcji PCB na akceptowalne odchylenia oraz prawdziwe defekty.