Éclairage à LED pour l’inspection des PCB et de l’électronique : vérification des soudures, des composants et des pistes

L’inspection des PCB et de l’électronique est l’une des applications de vision les plus exigeantes. La taille des composants diminue à chaque génération de produits. Les soudures sont souvent plus petites que 0,5 mm. De plus, les pads d’or, les revêtements d’étain et la pâte à braser réfléchissent tous la lumière différemment. Par conséquent, une approche qui fonctionne pour une tâche peut être inutile pour une autre sur la même carte.

L’ingénieur doit traiter l’inspection des PCB comme un problème multi-tâches. Différentes tâches nécessitent des géométries différentes, souvent sur la même ligne. Par conséquent, la compréhension de l’optique de chaque cible est le point de départ. Cette page associe chaque tâche à la technique appropriée et énumère les éclairages RODER Vision correspondants.

Le défi des PCB : miniaturisation et surfaces réfléchissantes

Un PCB moderne regroupe de nombreux types de surfaces dans une zone restreinte. L’FR4 nu, la solder mask, la pâte, les soudures, les pistes de cuivre, les pads d’or et les marquages peuvent tous se trouver dans un rayon de quelques centimètres carrés. Chaque matériau a une réflectance et une texture différentes. Par conséquent, chacun répond différemment à la lumière directe, diffuse, coaxiale et en champ sombre.

La miniaturisation rend cela plus difficile. À mesure que les boîtiers (packages) se réduisent du QFP au BGA et au CSP, la demande en résolution augmente. Un grossissement plus élevé offre un champ de vision plus restreint. Par conséquent, la lumière doit maintenir son intensité et son uniformité sur une zone plus petite. En même temps, elle doit conserver la géométrie correcte pour la tâche.

Inspection des soudures : coaxial et champ sombre

L’inspection des soudures est la tâche SMT la plus critique. L’objectif est de détecter les soudures insuffisantes ou excédentaires, les ponts, les soudures froides et l’effet tombeau. Chaque défaut a une forme 3D différente. Par conséquent, chacun possède une signature optique distincte.

Éclairage coaxial pour les surfaces de soudure planes.

Une bonne soudure sur un pad plat présente une surface supérieure semblable à un miroir. La lumière coaxiale se déplace le long de l’axe de la caméra. Par conséquent, elle renvoie une réflexion brillante et uniforme de cette surface plane. Une soudure défectueuse est rugueuse ou inclinée, elle renvoie donc moins de lumière. En conséquence, elle apparaît plus sombre. Cette différence de luminosité constitue la base de l’inspection coaxiale des soudures.

L’éclairage coaxial convient également aux pads d’or avant la soudure. La surface d’or est hautement spéculaire, elle apparaît donc uniformément brillante. Cependant, la contamination, l’oxydation ou les dommages perturbent la réflexion. Par conséquent, le défaut apparaît comme une zone plus sombre. Cela permet l’inspection du pad avant la refusion (pre-reflow) ainsi que la vérification de la soudure.

Éclairage en champ sombre pour les défauts de soudure

L’éclairage en champ sombre à faible angle convient aux défauts de soudure surélevés. Sous une incidence rasante, la solder mask plane et les pads apparaissent sombres. Cependant, les éléments surélevés diffusent la lumière et apparaissent brillants. Les ponts, les billes de soudure et les broches soulevées en sont des exemples typiques. Par conséquent, les petits défauts deviennent visibles même à une fraction de millimètre de hauteur.

Vérification du placement des composants : rétroéclairage et éclairage annulaire

La vérification du placement contrôle la présence, l’orientation et la tolérance de position. Différents composants nécessitent une lumière différente. Par conséquent, le choix dépend du type de boîtier (package).

Rétroéclairage pour les contours des composants à broches

Les boîtiers traversants (through-hole) à broches et les grands boîtiers SMT laissent apparaître des contours de broches visibles. Pour ceux-ci, le rétroéclairage offre le plus haut contraste pour la position et la courbure des broches. Les broches apparaissent comme des silhouettes sombres sur fond clair. Par conséquent, la coplanarité, l’espacement des broches et les broches manquantes ont des valeurs mesurables avec une précision sub-pixel.

Éclairage annulaire pour la présence et la polarité

L’éclairage annulaire fournit un éclairage frontal uniforme depuis le dessus de la carte. Par conséquent, il convient aux contrôles de présence et de polarité des composants. Il lit également les marquages sur les surfaces supérieures planes des boîtiers. Un angle faible ajoute du contraste pour les bords du corps et les indicateurs de polarité.

Inspection des pistes et des vias sur les cartes nues

L’inspection des cartes nues contrôle le cuivre avant l’assemblage. Elle vérifie la continuité des pistes, la largeur, l’espacement et la présence de vias. La cible est le motif de cuivre sur la solder mask. Par conséquent, l’éclairage coaxial fonctionne bien, offrant un contraste uniforme sur le cuivre réfléchissant.

Inspection des vias

Sous un éclairage coaxial, les trous de vias apparaissent comme des cercles sombres contre le cuivre brillant ou la solder mask. Par conséquent, le diamètre, l’espacement et l’état de remplissage sont mesurables. Un via non rempli qui devrait être plaqué apparaît différent d’un via rempli. Pour les cartes minces, le rétroéclairage peut également transmettre la lumière pour l’inspection des vias.

Marquage des IC et lecture de la sérialisation

La vérification du marquage et la lecture des codes sont des tâches courantes en électronique. La marque est gravée au laser ou imprimée à l’encre sur un corps en plastique ou en céramique. Le contraste dépend du type de marquage, de la couleur du boîtier et de la lumière. Par conséquent, un éclairage direct ou à faible angle est choisi pour le maximiser. Pour les marquages laser, la lumière à faible angle augmente le contraste du relief.

Gestion des surfaces en or et en étain sans éblouissement

Les connecteurs d’or, les broches d’étain et la soudure mouillée sont très spéculaires. Sous un éclairage frontal direct, ils créent des points chauds intenses. Ceux-ci saturent le capteur et masquent les caractéristiques. Par conséquent, trois approches sont utilisées pour les gérer.

La première est l’éclairage coaxial. Il utilise la réflexion spéculaire de manière constructive le long de l’axe de la caméra. Par conséquent, les caractéristiques planes et perpendiculaires apparaissent lumineuses, tandis que celles inclinées apparaissent sombres.

La deuxième est l’éclairage dôme ou dôme plat. Il remplit l’hémisphère des angles, de sorte que les réflexions se dispersent à l’intérieur du dôme. Par conséquent, il élimine les points chauds (hotspots), au détriment de certains contrastes de caractéristiques.

La troisième est la polarisation. Un polariseur sur la lumière et un analyseur à polarisation croisée sur l’objectif bloquent l’éblouissement spéculaire. Par conséquent, seule la lumière diffusée de manière diffuse passe à travers. En conséquence, l’éblouissement de l’or et de l’étain disparaît, révélant les caractéristiques cachées.

Familles d’éclairages RODER Vision pour l’inspection des PCB

Les familles ci-dessous répondent aux besoins courants d’inspection des PCB. Chacune offre une haute uniformité, une émission stable et le support stroboscopique. Par conséquent, le bon choix dépend de la tâche et de la surface.

Le bon choix dépend de la tâche. Pour les soudures et les pads, l’éclairage coaxial ou l’éclairage annulaire DC6 s’imposent. L’éblouissement de l’or et de l’étain nécessite plutôt le dôme FD2 ou la polarisation. Les pistes et les vias conviennent à la matrice DL6, qui offre un fort contraste. Les contours des broches favorisent le rétroéclairage BL3, qui est idéal. Dans tous les cas, RODER Vision fournit un support technique pour la géométrie et la longueur d’onde. Par conséquent, définissez d’abord la cible, la surface et le défaut, puis choisissez l’éclairage correspondant.

Questions fréquemment posées