Разработка системы мониторинга дефектов печатных плат

1.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИ И
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Снежинский физико-технический институт –
филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет
«МИФИ»
(СФТИ НИЯУ МИФИ)
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
«РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ДЕФЕКТОВ
ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ»
Группа: ПТМ-76з
Соискатель: Фазылова Е.А.
Руководитель: Сонин Е.В.
2023

2.

Цель работы ВКР повышение эффективности контроля электронных сборок посредством
задействования имеющегося функционала технической базы и оборудования выявления
дефектов на всех этапах производства, а также оптимизация существующих процессов на
производстве. По полученным данным от выявленных дефектов была проведена
корректировка заявленных показателей срока службы устройств.
Задачи ВКР:
Изучить способы формирования численного представления срока службы устройства
Проанализировать способы сбора, хранения, систематизации и обработки сведений о дефектах
и повреждениях электронных устройств, проявляющихся в ходе эксплуатации
Разработать модель корректированного показателя срока службы устройства
Изучить методы выявления дефектов электронных устройств при
автоматизированном
поверхностном монтаже
На основе автоматического оптического контроля была составлена математическая модель
дефектов электронных устройств
По итогам анализа выявленных дефектов были внесены изменения в существующий
технологический процесс, тем самым повысив качество выпускаемых изделий электронных
устройств
2

3.

Объект исследования ― технологические процессы
отдельного производства , методы обнаружения
дефектов, издержки и трудозатраты на этапе
технического контроля выходного изделия.
Предмет исследования ― алгоритмы поиска и
предотвращения дефектов на печатных платах,
созданных путём автоматического поверхностного
монтажа.
3

4.

Печатная плата – пластинка из электроизоляционного материала (текстолита,
стеклотекстолита, и др.), на поверхности которой каким либо образом (например,
фотохимическим) нанесены тонкие электропроводящие полоски (печатные
проводники) с контактными площадками для подсоединения навесных электро- и
радиоэлементов (в том числе модулей и интегральных схем).
Теперь, разобравшись с процессом изготовления, приступим к изучению
возможных дефектов. Сначала необходимо разделить возможные дефекты на две
группы:
- Дефекты печатных плат;
- Дефекты собранных изделий;
Ошибки первого типа возникают при изготовлении самой платы и, в основном,
вызваны дефектами во время установления медного рисунка или дефектами
изготовления основного материала.
Второй тип ошибок связан с самими электронными деталями и ориентирован на
качество пайки, положение деталей, появление деталей и их размещение.
4

5.

Возможные дефекты паяных
соединений.
Слева направо: шарики припоя,
перемычка, непропай/оплыв
1 Прорыв отверстия
2 Булавочное отверстие
3 Разрыв дорожки
4 Перезаливка
5 Надрыв дорожки
6 Отсутствие дорожки
7 Лишний наплыв
8 Короткое замыкание
9 Неправильный размер отверстия
10 Слишком близкое расположение
дорожек
11 Паразитная медь
12 Ошибка выводной дорожки
13 Пропуск отверстия
14 Сдвиг дорожки
5

6.

Не разрушающие методы контроля
- Акустический контроль (ультразвуковой метод НК);
- Магнитный контроль (магнитопорошковая дефектоскопия);
Рентгеновский контроль
- Контроль проникающими веществами;
- Радиоволновый контроль;
- Радиационный контроль (рентгеновский метод НК);
- Оптический контроль;
- Тепловой контроль;
- Электрический контроль;
- Электромагнитный (вихретоковый) контроль.
- Твердометрия (измерение твердости).
Оптический контроль
Электрический контроль
6

7.

Разрушающие методы контроля дефектов
К разрушающим относят механические, металлографические и коррозионные
испытания. Механические испытания сварных соединений и металла шва включают
растяжение, изгиб, сплющивание и другие виды разрушения, которые количественно
характеризуют прочность, качество и надежность соединений. По характеру нагрузки
предусматривают статические, динамические и усталостные испытания. Разрушающие
испытания проводят обычно на образцах-свидетелях и реже - на самих изделиях.
Методы разрушающего контроля качества
соединений:
а) проволочного вывода на сдвиг;
б) кристалла на сдвиг;
в) проволочного вывода на отрыв;
г) шарикового вывода на отрыв
7

8.

Объект контроля
Дефекты
Методы контроля
Полупроводниковые
изделия(транзисторы, диоды,
тиристоры)
Трещины, повреждения кристаллов, обрыв
проводов и короткие
замыкания
Рентгеноскопический
контроль
Фоторегистрация
Интегральные схемы
Обрыв выводов, короткие замыкания,
некачественная металлизация, пробой
конденсаторов, объемные дефекты
полупроводника.
Визуальный контроль
Рентгеноскопический
контроль
Фоторегистрация
Многослойные печатные платы
Утонение и коррозионный износ проводников;
некачественная металлизация;
отслоение проводников.
Рентгеноскопический
контроль
Фоторегистрация
Электрический контроль
Сборочные единицы и
комплектующие
Некачественный монтаж; неудачное
размещение элементов
на плате.
Визуальный контроль
Электрический контроль
8

9.

Частота
Тип дефекта
появления, %.
(R)
Эффективность
Чистая
Электрический
Чистая эффективность
автоматической
эффективность
контроль
электрического
инспекции, %.
АОИ. (R*Ex)
входов/выходов, %.
контроля.(R*Ei)
(Ex)
(Ei)
Открытый компонент
25%
95%
24%
85%
21%
Непропай
18%
80%
14%
0%
0%
Короткое замыкание
13%
99%
13%
99%
13%
Пропуск компонента
12%
99%
12%
85%
10%
Ошибка выравнивания
8%
80%
6%
0%
0%
Дефектный компонент
Некорректное место
установки компонента
Лишний припой
Пропуск неэлектронного
компонента
Неправильное
расположение
Дефектный неэлектронный
компонент
Другое
8%
0%
0%
80%
6%
5%
10%
1%
80%
4%
3%
99%
3%
0%
0%
2%
0%
0%
0%
0%
2%
10%
0%
80%
2%
2%
0%
0%
0%
0%
2%
80%
2%
80%
2%
9

10.

Изображение
Световая
обработка
Спектр света
Коррекция
входных
параметров в
коде
Контраст, баланс
белого
Обнаружение
края
Вычитание
изображения,
коррекция
вращения
Сегметация
Хаф, водораздел,
сопоставление
функции,
математическая
морфология
ОТЧЁТ
10

11.

Изображение - процесс включает в себя
оцифровку объекта для проверки на
визуальные данные (камера с хорошим
разрешением)
Световая обработка - освещение должны быть
индивидуальными и не иметь дело с окружающим естественным
или искусственным освещением извне АОИ-машины
Спектр белого – в микроскопических
приложениях, к которым АОИ относительно
близок, часто требуется источник света
полного спектра, из-за чего часто
используются кварцевый галоген или ксенон,
а также белые светодиодные головки,
дополненные всеми цветными головками
RGB
( red – green - blue - красный зеленый-синий)
Контраст белого - белые поверхности
могут иметь цветовой оттенок. По
сути, баланс белого представляет
собой калибровку цвета камеры
Обнаружение края(детектор) - основано на
оптимальном определении границ ступеней и
краев. Алгоритм можно быть описанным как:
- Сглаживание изображения с
использованием гауссовой фильтрации;
- Нахождение градиента интенсивности для
каждого пикселя;
- Пороговые края с гистерезисом для
устранения ложных ответов;
- Отслеживание края. Устранение слабых
ребер и меньших ребер, не связанных с
сильными;
Вычитание изображения - это особая, но все же очень
простая техника обработки изображений. Метод
работает на уровне пиксель-пиксель, где пиксели
входных изображений должны работать с одним и
тем же типом значения.
Основная задача сегментации состоит в том, чтобы
разделить изображение на части или области, где
локализация области наилучшим образом
представляет объект, захваченный в реальном мире
11

12.

Коррекция входных параметров в коде –
создание обновляемой базы данных,
содержащих в себе номенклатуру изделий,
заявленный срок службы, название
дефектов и связанную таблицу по типам
выявленных дефектов с указанием их
количества.
Вычитание
изображения,
коррекция
вращения
Сегметация
Хаф, водораздел,
сопоставление
функции,
математическая
морфология
ОТЧЁТ
12

13.

№
п/п
Наименование затрат
1
Прямые расходы:
1.1
На материалы и покупные изделия
1.2
Транспортно-заготовительные расходы
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.4
1.5
2
2.1
2.2
3
4
5
6
Фонд заработной платы
Основная заработная плата
Резерв на отпуск
Резерв на премию
Страховые взносы
Амортизационные отчисления
Косвенные расходы:
Цеховые накладные расходы
Общеинститутские расходы
Полная себестоимость
Прибыль
Отпускная цена
НДС 20%
Процентная ставка
Сумма расходов, руб.
158674,6
—
158200
0,03%
474,6
п. 1.3.1; 1.3.2; 1.3.3
10080,1
8292,69
1008,04
707,57
3044,19
1008,01
40 173,88
9011,61
19192,51
201011,02
10050,55
211061,57
42212,31
253273,88
—
13,024%
8,53 %
30,2%
10% от п.1.3
89,4% от п.1.3
190,4% от п.1.3
п.1 и п.2
5%
п.З + п.4
20% от п.5
Итого:
13

14.

Предложенный алгоритм оптического контроля был реализован с помощью
программного комплекса Matlab и опробован на живых данных.
Реализованная программа получилась не требовательной к вычислительной
мощности и памяти. Но, в нынешнем положении и развитии техники, чем
лучше «железо» вычислительной машины, тем лучше. Точность программной
обработки составила >98% при условии возможности тонкой настройки
изнутри кода. Анализ ошибочных выявлений показал, что имеем всего 1,72%
ошибок. При должном количестве обработок и статистических данных этот
показатель можно улучшить.
Разработанная методика опирается на широко распространённые способы
обработки, которые не поддаются критике. Полученные результаты говорят
нам о том, что алгоритм ничем не уступает передовым зарубежным сложным
техническим комплексам.
Так же была посчитана экономическая эффективность, показавшая
эффективность нашей разработки по сравнению с аналогами.
14

15.

English Русский Rules