Il ruolo dell'ispezione ottica nell'esigente settore dell'elettronica di oggi

Sistemi automatizzati affidabili per popolare i circuiti stampati vengono frequentemente utilizzati nella maggior parte delle moderne linee di assemblaggio. Tenuto conto di ciò, in che misura i processi manuali vengono adottati nella produzione dei circuiti stampati nell'impegnativo settore dell'elettronica di oggi?

Lo sviluppo di routine di ispezione automatizzate è stato in parte sostenuto dai cambiamenti introdotti nei processi di fabbricazione dei prodotti elettronici.

Innanzitutto, il passaggio da schede PHT a schede SMT ha fatto sì che i tradizionali collaudi in-circuit non si avvalessero più della connettività elettrica per offrire livelli elevati di copertura dei difetti. Inoltre, l'impiego di dispositivi dalle dimensioni sempre più piccole ha pressoché reso obbligatorio lo sviluppo di una soluzione automatizzata per il conteggio di un elevato numero di connessioni.

Ispezione di PCBEsistono diversi tipi di sistemi di ispezione deiPCB: ispezione ottica automatizzata [AOI]; ispezione a raggi X automatizzata [AXI]; ispezione all'infrarosso automatizzata; ispezione video manuale e ottica manuale – nelle fasi di post paste, post place, post solder e prodotti finiti.

Nonostante tutti gli sviluppi tecnologici delle soluzioni di ispezione automatizzata, si continua a fare affidamento sull'intervento umano per programmare e addestrare il sistema automatizzato affinché raggiunga il livello di copertura dei difetti richiesto per un determinato prodotto.

Un processo di ispezione manuale di qualità elevata è essenziale per la generazione e stabilizzazione di programmi di ispezione automatizzati. Questo è particolarmente importante laddove si assemblano e collaudano diverse tipologie di schede.

Uso dell'ispezione manuale nell'industria moderna

L'ispezione ottica è spesso usata dai tecnici addetti alle attività di ricerca e sviluppo, particolarmente nei casi di ispezione dei prototipi di scheda, quando occorre verificarne la precisione e la progettazione personalizzata. In questa fase, le routine automatizzate non sono state programmate e in assenza di uno storico dei difetti, le procedure di controllo della qualità fanno affidamento sull'esperienza dei tecnici e sulla precisione degli strumenti che permettono loro di ispezionare manualmente le schede.

Spesso, parallelamente ai sistemi di ispezione automatizzata, vengono effettuati controlli a campione sulla qualità della saldatura della produzione. Questo viene solitamente eseguito in base a rigorose procedure di qualità per assicurare che le schede vengano ispezionate in modo uniforme dai sistemi automatizzati.

Tenendo sempre in considerazione il giusto equilibrio tra costi e qualità, i nuovi componenti vengono spesso acquistati da fornitori concorrenti e ci si rivolge frequentemente a nuovi fornitori per ottenere componenti nuovi e migliori. In tali casi, è di estrema importanza controllare la qualità di questi componenti, il che può avvenire solamente mediante ispezione, e spesso si preferisce eseguire l'ispezione manuale.

Quando si progettano e producono schede personalizzate, l'ispezione ottica è una delle soluzioni ideali laddove non sia sempre necessario un ingente investimento nell'ispezione automatizzata.

Esistono diversi tipi di sistemi di ispezione manuale: Spaziando dalle semplici lenti di ingrandimento da tavolo alle videocamere ad alta risoluzione, l'umile stereomicroscopio è diventato il fulcro delle soluzioni di ispezione manuale, poiché sebbene la risoluzione dei sistemi video sia notevolmente migliorata nell'ultimo decennio, questi sistemi sono solo in grado di presentare all'operatore immagini in 2D.

Tuttavia, le caratteristiche del microscopio impone agli operatori di sedersi in una posizione scomoda, spesso per lunghi periodi di tempo, causandone l'affaticamento e, di conseguenza, il rischio di errori.

Ergonomia e ispezione ottica manuale

Nelle applicazioni che richiedono l'ispezione ottica manuale, è essenziale disporre di un alto livello di ergonomia per massimizzare il comfort degli operatori, riducendo al minimo l'affaticamento associato a una postura scomoda e ottimizzando tanto la precisione quanto la produttività.

I microscopi ottici sono tradizionalmente dotati di due oculari, assomigliano a un microscopio e funzionano in modo analogo. La combinazione operatore-microscopio rappresenta una soluzione di ispezione potente e altamente flessibile per le operazioni di produzione di componenti elettronici di qualsiasi scala eppure per molte aziende, il problema dell'affaticamento degli operatori e dei conseguenti errori costituisce un ostacolo reale e quotidiano.

La tecnologia del microscopio privo di oculari

La tecnologia ottica brevettata di Vision Engineering è concepita per risolvere il problema fondamentale legato ai microscopi tradizionali – l'immagine di piccole dimensioni in uscita dagli oculari.

Con i microscopi dotati di oculari, l'immagine in uscita (la pupilla in uscita) ha un diametro di circa 3 mm. Questo significa che l'operatore deve allineare con precisione gli occhi agli oculari altrimenti anche il minimo movimento della testa causerà una perdita dell'immagine.

Ne consegue che l'operatore assume una posizione fissa, rigida e scomoda. La tecnologia ‘priva di oculari’ ingrandisce l'immagine in uscita dagli oculari del microscopio.

La gamma di stereomicroscopi da ispezione brevettata di Vision Engineering si avvale di una tecnologia volta a ottimizzare l'ergonomia: la sofisticata testa ottica Dynascope™ utilizzata dall'avanzato stereomicroscopio Lynx così come dalla gamma di microscopi di misura ottica dell'azienda.

La tecnologia ottica brevettata Dynascope™ e utilizzata in tutti i sistemi Lynx fa uso di un disco multilenticolare (multilente) sulla cui superficie vi sono oltre 3,5 milioni di singole lenti (conosciute col nome di lenticole), aventi ciascuna un diametro di soli 70 micron.

Il disco Dynascope™ ruota alla velocità di 3.400 rpm per fondere i milioni di percorsi ottici individuali in un'immagine stereoscopica uniforme, espansa, con una generosa profondità di campo ed un ampio campo visivo.

Durante il suo utilizzo, il disco multilenticolare serve a espandere la pupilla intrinseca del sistema. L'immagine risultante ad alta risoluzione è riflessa attraverso le lenti di campo negli occhi dell'operatore e viene proiettata su una grande area di visione per offrire il massimo livello di comfort.

Riduzione dell'affaticamento visivo e fisico

Poiché gli operatori alternano frequentemente la loro visione dall'immagine dell'oggetto ingrandito all'oggetto reale (particolarmente durante la rilavorazione o la manipolazione delle parti), l'ampia distanza rispetto all'immagine ingrandita visibile elimina l'esigenza di dover mettere ogni volta a fuoco gli occhi.

Infatti, l'immagine ingrandita si trova approssimativamente alla stessa identica distanza dagli occhi dell'operatore di quella del campione reale - un vantaggio tangibile che consente di ridurre l'affaticamento visivo e fisico.

Inoltre, l'utilizzo di un visore anziché degli oculari offre una libertà di movimento della testa notevolmente superiore e permette agli operatori di assumere una posizione eretta, oltre a consentire l'uso degli occhiali.

Gli operatori che devono indossare occhiali da lettura, solitamente li tolgono quando osservano al microscopio e devono pertanto rifocalizzare gli occhi ad una distanza diversa, il che causa in breve tempo l'affaticamento visivo. Gli operatori astigmatici sono quelli più penalizzati: quando non usano gli occhiali la loro visione diminuisce immediatamente.

I notevoli vantaggi ergonomici contribuiscono ad aumentare la produzione e a ridurre gli scarti, in quanto permettono agli operatori di lavorare più a lungo, senza affaticamento visivo e fisico.

Visione ergonomica ulteriormente migliore dei PCB

Vision Engineering Limited sta lanciando sul mercato uno stereomicroscopio Lynx aggiornato, dotato di illuminazione a LED, con un prisma per la visione obliqua e diretta. Ora dotato di illuminazione a LED e di un prisma per la visione obliqua e diretta, il Lynx offre una visione completa a 360° dei PCB, per un'ispezione da un angolo di 34° dei punti di saldatura e dell'allineamento delle pad che risultano spesso difficili da osservare con i consueti metodi di ispezione stereoscopica.

Lo stereomicroscopio Lynx è ampiamente usato nel settore dell'elettronica in quanto offre prestazioni ergonomiche ineguagliate e una nitidezza ottimale delle immagini grazie alle sue ottiche eccellenti.

Inoltre, il Lynx è ora dotato di illuminazione a LED che proietta una luce più intensa, più bianca e durevole sul circuito stampato. Anche i costi dei componenti di consumo sono stati notevolmente ridotti di oltre l'80% e la durata utile del sistema illuminante estesa a ben 10.000 ore di servizio. I LED a intensità variabile sono adatti a qualsiasi applicazione che richieda una precisa intensità dell'illuminazione.

L'illuminazione a LED può essere ora usata insieme all'eccellente prisma per la visione obliqua e diretta.

Grazie ai vantaggi offerti dalla commutazione tra visione diretta e visione stereoscopica offerti dal microscopio da ispezione Lynx, le caratteristiche superficiali possono essere facilmente osservate nelle tre dimensioni, senza necessità di spostare il campione. L'unità è ideale per l'ispezione dei piedini dei componenti, PCB in tecnologia PTH, connettori, giunti di saldatura, sfere di BGA (ball-grid array) e le caratteristiche wafer bumping di precisione.

Questa tecnologia viene impiegata parallelamente ai processi automatizzati, massimizzando la qualità dei PCB. L'ispezione manuale svolge un ruolo importante accanto ai sistemi automatizzati o laddove questi non rappresentino un'opzione economica, oltre al fatto che la tecnologia è in costante cambiamento, con la conseguente evoluzione dei componenti. L'ispezione ottica offre infatti una visione ingrandita a ingegneri e tecnici, i quali possono applicare la loro competenza e conoscenza ai singoli casi e imperfezioni.

Celebrando il suo 50° anniversario, la tecnologia ottica brevettata di Vision Engineering porta lo stereomicroscopio nel XXI Secolo, lasciandosi alle spalle il microscopio tradizionale, alquanto scomodo.

La più recente evoluzione della tecnologia brevettata ‘priva di oculari’ di Vision Engineering, non elimina soltanto l'esigenza degli oculari di un microscopio tradizionale, che limitano il movimento dell'operatore, ma offre anche all'utente la capacità di osservare in grande dettaglio, nel massimo comfort.

Il costante programma di ricerca e sviluppo di Vision Engineering è destinato a portare ad altri pluripremiati prodotti innovativi.

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