Оценка методов контроля качества электронных изделий на основе печатного монтажа

Авторы: Быков Алексей Александрович, Гурин Карина Владимировна

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 62-66

Объём: 0,28

Опубликовано в: «Наука без границ» № 5(33), май 2019

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Оценка методов контроля качества электронных изделий на основе печатного монтажа // Наука без границ. 2019. № 5(33). С. 62-66.

Аннотация: На сегодняшний день нас повсюду окружают электронные устройства, призванные ускорить выполнение рутинных задач. Каждому хочется, чтобы устройство служило долго и безотказно. Именно для этого существует выходной контроль электронных устройств на предприятиях. Как и каждый процесс, контроль качества должен быть приближен к идеалу. В данной работе был проведён анализ процесса контроля качества на предприятии и даны рекомендации по улучшению. Управленческое решение о применении остаётся за руководством.

Введение.

На сегодняшний день практически все электронные изделия создаются на основе печатного монтажа. В зависимости от объекта установки и условий эксплуатации к печатным платам предъявляются различные требования. Для эффективного обнаружения и локализации латентных технологических дефектов необходимо проводить активный контроль и диагностирование изделия на всех технологических этапах его производства [1, с. 1].

В статье будет рассмотрена российская компания «А». Будут рассмотрены подходы по контролю выходных изделий и даны рекомендации по улучшению технического контроля.

Основная часть.

Исторически сложилось, что электронные системы движутся по пути уменьшения размеров, что неотвратимо ведёт к увеличению плотности «упаковки» элементов на плате.

Рассмотрим предприятие «А»: масштаб предприятия – малый; усредненное количество изделий в партии – 10000шт.; заявленный процент дефектов – не более 2% (суммарно по элементам и технологическому процессу). Качество монтажа, а также технологический процесс, его сопровождение и исполнение чётко регламентированы ГОСТами РФ: МЭК 61192-1-2010; Р 56427-2015; Р 56251-2014.

На этапе переговоров и формирования технического задания заказчик предъявляет требования к продукту согласно характеру работы конечного устройства. Одним из важных показателей являются надежность, отказоустойчивость и срок службы.

Для расчёта усреднённого гарантийного срока на электронные компоненты было выдвинуто предложение о создании обновляемой базы данных, содержащей в себе номенклатуру изделий, заявленный срок службы, название дефектов и связанную таблицу по типам выявленных дефектов с указанием их количества. Предложенная база данных имеет структуру, представленную на рис. 1.

Структура базы данных
Рис. 1. Структура базы данных

Ввиду того, что электронные компоненты поставляются из различных стран и не всегда имеют указанный срок службы, придётся пополнять «базу знаний» опытным путём, что накладывает на производство новые издержки. Предложено определять веса pd каждого dдефекта для каждого элемента an. Таким образом имеем корректированный показатель срока службы:

корректированный показатель срока службы

При данном подходе нет необходимости в добавлении нового отдела или доборе сотрудника. Обязанности лягут на отдел технического контроля.

Методы тестирования конечного продукта могут быть разными, также имеющие полное право на существование: ручной труд работника; рентгеновский контроль; входное-выходное тестирование электрических цепей; оптический контроль: ручной или автоматический; контактный или бесконтактный; механический (для различных моделей воздействия внешней среды); тепловой.

Выбор той или иной стратегии зависит от конкретного производства и специфики производимых изделий. К примеру, на мелкосерийном производстве введение сложных операций контроля иной раз невозможно из-за их сравнительной дороговизны – дорогая аппаратура не окупит себя. Если на предприятии собирается, например, простая бытовая техника, то в случае ее поломки дешевле будет заменить сломанный экземпляр, вместо того, чтобы его ремонтировать. Но сложные изделия ответственного назначения (это может быть и промышленная электроника, и космическая техника, и аппаратура жизнеобеспечения) требуют совершенно иного подхода к контролю качества – уровень дефектности производства здесь должен быть сведен практически к нулю (в реальных условиях – 99,9% годных и выше). В этом случае при организации производства следует предусмотреть максимальный контроль дефектов и, самое главное, разработать комплекс действий по их предупреждению. Обеспечение столь высокого уровня качества требует вложений в диагностическое и тестовое оборудование, а также квалифицированных специалистов. Именно поэтому стоимость изделий ответственного назначения столь высока.

Стандартных же решений при выборе стратегии контроля качества не существует – нет такой модели, которая по умолчанию подходила бы к конкретному производству.

С ростом объема производства и сложности изделий растут и затраты на контроль, но при переходе к крупным сериям стоимость контроля качества резко уменьшается, так как технологические процессы уже отлажены, контроль всех изделий ведется только по некоторым параметрам, например, автоматическая оптическая инспекция качества монтажа, а полностью проверяются лишь отдельные изделия «мастер-платы» [2, с. 2].

В настоящее время «машинное зрение» широко используется в промышленном производстве. В частности, в области производства «машинное зрение» играет важную роль в процессах контроля, измерений и сборки. Преимущества компьютеров в обработке изображений, распознавании образов и искусственном интеллекте (в том числе высокая скорость, большие функции хранения и низкая стоимость) делают разработку более совершенного и более дешевого оборудования для обнаружения, используемого в промышленности, общей тенденцией. Более экономичным является использование автоматического оптического контроля для получения изображения печатной платы, а затем для его обнаружения. Бесконтактная технология тестирования АОИ представляет собой набор рентгеновских, инфракрасных и других технологий обнаружения. Традиционные методы основаны на обработке изображений или мелкого машинного обучения, но они могут обнаружить дефекты при определенных условиях, таких как: очевидные контуры дефектов с сильным контрастом и низкий уровень шума в определенных масштабах или при различных спектрах освещения, как представлено на рис. 2 [3, с. 1].

Различные варианты освещения для выделения границ
Рис. 2. Различные варианты освещения для выделения границ

Именно так и устроен процесс на предприятии «А». Но ручная работа продолжается и после аппаратной проверки. Этот процесс требует от многих операторов использования микроскопа и схемы наложения на сборочной линии, чтобы обнаружить недостающие компоненты и неправильное размещение. Кроме того, ручная проверка имеет большую субъективность: для очень сложной электронной платы поверхностного монтажа ручная проверка не надежна и не экономична. Искусственная визуальная скорость медленная, дорогостоящая, не может обеспечить высокое качество, высокий уровень брака (как одна из причин - «замыливание» глаз). Например, с помощью увеличительного стекла коэффициент обнаружения составляет около 90%.

Поэтому повторная ручная проверка сделана, безусловно, в угоду уменьшения брака.

Последовательность действий при подготовке автоматизированной станции: изготовление мастер-платы, ручная проверка входных и выходных цепей, визуальный осмотр работником, загрузка в аппарат для оцифровки. В дальнейшем, вся партия изделий проходит через оптическую инспекцию способом по-пиксельного сравнения с мастер-платой по координатам  и .

На выходе имеем отчёт, представленный на рис. 3, содержащий в себе информацию о размерах, соответствии и допустимости. Сравнивая эти значения с заданными получаем результат.

Отчёт автоматизированной оптической станции

Рис. 3. Отчёт автоматизированной оптической станции

Заключение.

Готовые изделия представляют собой аккумулированные деньги предприятия, так как должны быть проданы конечному пользователю. В свою очередь, пользователь предъявляет требования к товару. Одной из главных целей любого предприятия является оптимизация затрат при сохранении должного уровня качества. Таким образом, на этапе принятия заказа необходимо просчитать, каким образом будет проводиться выходной контроль качества изделия.

Конечно же, необходимо задуматься о рентабельности введения понятия корректированного срока службы изделия, оценив обратную связь по изделиям и скорости пополнения базы данных о дефектах.

На данном предприятии очевидно, что станция автоматического оптического контроля Mirtec MV-3 использует не весь свой потенциал. Рекомендовано добавление инспекции по координате . Это отразится на увеличении времени аппаратной проверки всей партии, но таким образом можно исключить вторичную ручную проверку сотрудниками, что приведёт к общему сокращению временных затрат.

Список литературы
1. Юрков Н.К. Алгоритм моделирования процессов развития латентных технологических дефектов печатных плат / Н.К. Юрков // XII Всероссийское совещание по проблемам управления в СПУ. 2014. – С. 7092-7097.
2. Ефремов А. От анализа к контролю. Стратегия качества сборки печатных узлов / А. Ефремов // Печатный монтаж. 2013. Выпуск №5 (00046). С. 170-176.
3. Xian Tao, Dapeng Zhang, Wenzhi Ma, Xilong Liu and De Xu. Automatic Metallic Surface Defect Detection and Recognition with Convolutional Neural Networks // Appl. Sci. 2018, 8, 1575

Материал поступил в редакцию 16.05.2019
© Быков А.А. Гурин К.В., 2019