Inspection de substrats de composants électroniques (fr)

Inspection de substrats de composants électroniques  (fr)
> Inspection de substrats de composants électroniques
RAPPORT D'APPLICATION
> PRODUCTION ÉLECTRONIQUE
> Test des flans rondement mené
L’intégrateur système IMSTec, situé à Mayence, a développé un
système d’inspection optique à grande vitesse, qui contrôle des
substrats pour l’électronique de puissance à l’aide de composants
de traitement d’image, fournis par STEMMER IMAGING.
L’électronique de puissance est un «sujet brûlant» dans le vrai sens
du terme: les étages de sortie ou les disjoncteurs peuvent subir de
grandes pertes de puissance. Celles-ci doivent être dérivées, sous
forme de chaleur, pour éviter que les circuits sensibles ne se détériorent prématurément après une surexposition thermique. Cette
évacuation de la chaleur se fait souvent à l’aide de flans. Sorte de
plaques carrées ou circulaires en molybdène servant de support
aux composants semi-conducteurs. Afin de dériver la chaleur de
manière optimale, ces flans doivent présenter une surface de contact parfaite pour épouser totalement les composants électroniques.
Une commande intéressante a été confiée à notre partenaire
IMSTec de Mayence: un fabricant de flans veut contrôler, en grandes
quantités, l’exactitude des dimensions, de la qualité de surface et
de la planéité de ceux-ci. Car c’est seulement quand les flans satisfont aux plus grandes exigences, sur tous les plans, qu’un fonctionnement parfait des éléments d’électronique de puissance,
montés par la suite, est possible.
Les directives données, pour l’installation, sont multiples et ne concernent pas seulement les exigences de précision des différents
contrôles. Par exemple, les flans doivent être livrés en vrac, afin de
simplifier le remplissage de l’installation. Compte tenu du nombre
Figure 1: Test de planéité à l’aide de deux lignes projetées par laser
de flans à inspecter, il en est résulté une cadence de production inférieure à 0,7 s. Selon les résultats du test, les flans sont triés en
fonction de leur niveau de qualité et les produits, ne remplissant
pas les critères de qualité, sont éjectés.
De plus, l’installation doit pouvoir fonctionner comme une solution
isolée, au moins pendant le temps de travail d’une équipe, avec une
alimentation de produits et sans autre surveillance. Par ailleurs,
l’utilisateur accorde une grande importance aux statistiques analysant la qualité des produits et la répartition des défauts, sous forme
de listes et d’histogrammes. Pour IMSTec, il s’est vite avéré que
nombre de ces exigences n’étaient solubles que par le traitement
d’image.
> Vérifications 2D et 3D de haute précision
Les flans doivent respecter des spécifications sévères en termes
d’épaisseur, de dimensions, de qualité de surface et de planéité,
auxquelles il a fallu ajouter une inspection de la qualité du revêtement, car les pièces sont réalisées aussi bien sans revêtement de
surface qu’avec divers revêtements métalliques. C’est ainsi que
l’installation, entre-temps mise sur pied, contrôle l’épaisseur des
flans, leurs dimensions géométriques, la qualité de la surface ainsi
que la planéité des plaques, le long de deux lignes orthogonales.
La résolution atteinte, pour les mesures géométriques, s’élève à environ 5 μm pour des longueurs d’arête et des diamètres allant de 3
500 à 16 000 μm. La barre a été placée haut, également, pour les
tests de planéité, qui doivent détecter, avec fiabilité, des écarts de
quelques microns par rapport aux torsions admises.
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Par ailleurs, des tests de surface sont réalisés afin de contrôler sur
les deux côtés du flan des propriétés, telles que la couleur de la surface, des défauts de revêtement, des décolorations et des éraflures
superficielles. De plus, une vérification stéréoscopique de la topographie et de la surface examine les flans afin d’y détecter bulles,
éraflures profondes ainsi que coins et arêtes cachées ; les flans sont
ensuite triés selon ces résultats.
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> Réalisation de l’installation
Les tâches de mesure, décrites ci-dessus, ont été réalisées à l’aide de
six stations de mesure différentes. Ces stations sont disposées en
cercle, autour d’un plateau tournant, qui amène les flans aux différents postes de contrôle. Pour alimenter le plateau tournant, les
flans sont tout d’abord séparés les uns des autres dans une cuvette
vibrante, puis emportés par une bande convoyeuse, placés dans
une position définie et fixés sur le plateau. Les postes du plateau
tournant sont pourvus de trous, afin de permettre une inspection
d’en haut et d’en bas.
Chaque contrôle, effectué sur les différents postes, fait appel à une
multitude de composants de traitement d’image les plus divers.
Ainsi, la vérification de la surface des flans est réalisée à l’aide d’une
caméra couleur, dotée d’une optique télécentrique, générant peu
de distorsions, et d’un éclairage coaxial avec miroir semi-argenté. A
un autre poste, un système de structure similaire détecte avec
fiabilité des défauts présents sur la face inférieure des flans.
La même combinaison caméra/optique prend en charge une autre
tâche: de concert avec un éclairage de transmission monté sous le
plateau tournant, elle mesure les contours des objets à contrôler,
ainsi que le diamètre des flans ronds et la longueur d’arête des
flans carrés (voir figure 2).
Figure 2: Test de surface et de géométrie sur un flan rond. Lors du test de géométrie, le diamètre est déterminé sur la base des sections encadrées en rouge.
> Tests variés, basés sur le traitement d’image
Une vérification stéréoscopique des irrégularités, éventuellement
présentes en saillie, à la surface des flans, est effectuée à deux autres postes du plateau tournant. Des irrégularités telles que, par
exemple, des bulles, des éraflures profondes ou des coins et arêtes
cachés. La solution de traitement d’image, utilisée pour cette tâche,
est composée d’une caméra monochrome, équipée d’une optique
et de quatre éclairages LED disposés en carré, le long des côtés du
flan.
L’examen en lui-même se déroule en deux étapes: lors de la première prise de vue, deux éclairages à LED, placés à un coin de l’objet à
contrôler, exposent le flan, et les deux lampes LED, placées dans le
coin opposé, font de même lors de la seconde. Si l’objet présente
des défauts, il en résulte des images différentes. Dans ce cas, une
soustraction des deux images révèle les différences entre les deux
clichés, c’est-à-dire les anomalies qui se sont formées à la verticale,
au-dessus du plan du flan (voir figure 3). Ici aussi, un système identique réalise le contrôle de la face inférieure du flan, sur le poste
suivant du plateau tournant.
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Figure 3: Test stéréométrique de détection d’irrégularités. Deux clichés du même
flan sont effectués avec un éclairage décalé de 180° et soustraits l’un de l’autre, de
sorte que seules les portions différentes restes visibles.
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La dernière station sert à contrôler la planéité des flans (voir figure
1). A cette fin, des lignes générées par deux lasers, dotés d’une optique de projection, sont croisées sur le flan, sous un angle
d’incidence plat. La prise de vue est effectuée avec une caméra monochrome. Quand la planéité est correcte, ces lignes apparaissent
droites. Par contre, si une grande partie du flan est courbée, les lignes projetées seront également courbes. De sorte que l’erreur de
planéité de l’objet à contrôler peut être reconnue en fonction de la
courbure des lignes. Les images, capturées sur les diverses stations,
sont analysées et transmises aux ordinateurs, prévus à cet effet,
Figure 4: Vue générale du système d’inspection des flans.
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dans le système. Suivant les résultats tirés de ces analyses,
l’ordinateur de commande du système attribue une bonne ou mauvaise note et, le cas échéant, trie les objets contrôlés. Cette classification sert ensuite, lors de l’évacuation des flans, pour commander
l’aiguillage, à l’aide duquel les plaques sont envoyées dans les bacs
collecteurs de sortie correspondants (bons, mauvais ou divers niveaux de qualité). En complément de quoi, l’ordinateur de commande saisit les résultats de contrôle, sous forme de statistiques,
que l’opérateur peut appeler et visionner dans divers formats de listes ou d’histogrammes.
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> Fournisseurs flexibles
De ce point de vue, le Dr Christian Laue, directeur du département
de développement chez IMSTec, est très satisfait de la prestation
apportée par son fournisseur de composants de traitement d’image:
«Nous avons commandé tous les composants de technique de contrôle optique, utilisé dans notre installation auprès de STEMMER
IMAGING. Lors de projets réalisés par le passé, nous avions déjà bien
collaboré avec les spécialistes de cette entreprise et bénéficié de
leur conseil compétent et de leur assistance experte. Il a aussi été
très pratique, lors du développement de l’installation de contrôle
des flans, de disposer, pour une expérimentation dans nos laboratoires, de composants, que STEMMER IMAGING nous a gracieusement prêtés.»
Une fois l’étude de faisabilité achevée sur un résultat probant,
IMSTec a obtenu le marché pour construire et mettre sur pied
l’installation de contrôle. Il a alors fallu intégrer dans une structure
commune des mécanismes de manipulation des caméras, objectifs,
sources lumineuses et autres composants, puis les mettre au point.
«Dans cette phase du projet, nous avons pu réaliser, en commun
avec les spécialistes en application de STEMMER IMAGING, d’autres
essais dans leurs laboratoires, afin de trouver les meilleures solutions à une série de problèmes concernant des détails. Il a été particulièrement utile d’y consulter des experts, issus de nombreuses et
diverses spécialités», ajoute le Dr Matthias Löffler, responsable du
département de technique de mesure et de contrôle chez IMSTec.
Selon lui, l’étroite collaboration entre son entreprise et le fournisseur de composants a été décisive et a constitué la clé du succès de
ce projet.
A l’issue de la réception finale réussie de l’installation de contrôle
par le client, le Dr Laue considère rétrospectivement le projet avec
satisfaction: «Grâce à la coopération avec un spécialiste en traitement d’image, en mesure de fournir de nombreux composants et
accessoires et d’offrir un conseil compétent, nous avons pu gagner
un temps précieux et atteindre en toute sécurité nos objectifs.»
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•
” le faits
Domaine d'emploi: Production électronique
Tâche:
Inspection optique à grande vitesse
de substrats métalliques
Hardware (fourni par STEMMER IMAGING):
2. Station de mesure (face supérieure et géométrie)
ó Caméra:
AVT Marlin-F146C (couleur)
ó Objectif:
Sill S5LPJ0199342
ó Eclairage:
CCS LFV2-50SW2 avec filtre pour amélioration
des contrastes
ó Eclairage:
Champ lumineux CCS LDL-TP-43/35SW2
3. Station de mesure (face inférieure)
ó Caméra:
AVT Marlin-F146C (couleur)
ó Objectif:
ROD Mevis-C 35-16
ó Eclairage:
CCS LFV2-50SW2 avec filtre pour amélioration
des contrastes
ó Eclairage:
Champ lumineux CCS LDL-TP-43/35SW2
4. Station de mesure (topographie face supérieure)
ó Caméra:
AVT Marlin-F146B (niveaux de gris)
ó Objectif:
ROD Mevis-C 35-16
ó Eclairage:
4x CCS LDL-74/27 SW2
5. Station de mesure (topographie face inférieure)
ó Caméra:
AVT Marlin-F146B (niveaux de gris)
ó Objectif:
ROD Mevis-C 35-16
ó Eclairage:
4x CCS LDL-74/27 SW2
6. Station de mesure (planéité)
ó Caméra:
AVT Marlin-F146B (niveaux de gris)
ó Objectif:
SKR TZM Xenoplan
ó Laser de ligne: ZLA_Z5V-TTL-SLG90
Logiciel:
Intégrateur
système:
Traitement d’images et commande machine
développé par IMSTec
IMSTec GmbH, Mayence, Allemagne
” notre partenaire imstec
La société IMSTec, située à Mayence, a été fondée par IBM Speichersysteme GmbH. L’entreprise propose son savoir-faire d’intégrateur
système pour optimiser la chaîne complète de production, depuis
l’entrée des commandes jusqu’à l’automatisation de la production
(construction d’installations) en passant par la planification des commandes, la logistique et les systèmes d’exécution de fabrication
(MES). L’établissement s’est particulièrement spécialisé dans la technique d’automatisation et le traitement industriel de l’image.
i magi n g i s o u r pas s i o n
a l l e magn e
r oyau m e - u n i
france
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PP-IMST1-12/2008 ∙ Sous réserve de modifications techniques et d‘erreurs.
Naturellement, un projet de développement d’une machine spéciale, tel que décrit ici, passe par toute une suite de phases, du premier concept esquissé jusqu’à la machine finie, lors desquelles les
exigences, vis-à-vis des composants utilisés, sont susceptibles de
changer sans cesse. C’est la raison pour laquelle, il est souvent
essentiel que les fournisseurs participants réagissent, de manière
rapide et souple, à ces modifications afin de ne pas mettre en péril
le calendrier du projet.
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Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

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