Un método de medición que resuelve los problemas de la inspección por coplanaridad
Con los avances en el control electrónico de los vehículos, y con los tamaños cada vez más reducidos de productos como los teléfonos inteligentes y los dispositivos para llevar puestos, cada vez son más necesarios tamaños más pequeños y una mayor densidad de montaje para los componentes electrónicos que se utilizan en dichos productos.
Al mismo tiempo, los tamaños más pequeños y el montaje cada vez más denso de los dispositivos electrónicos hacen que incluso una pequeña carga pueda provocar un fallo debido al levantamiento en las conexiones de las placas de montaje y los dispositivos montados en superficie (SMD). Además de tamaños más pequeños, se requiere una mayor calidad de conexión para los SMD, los pines de los conectores y otros componentes que se utilizan en chips de circuitos integrados y otros paquetes de semiconductores, sobre todo los que se utilizan en automóviles o aviones, porque cualquier fallo podría poner en peligro vidas humanas. Por este motivo, la inspección de la coplanaridad es importante.
En esta página se explican los conocimientos básicos y los métodos de medición de la coplanaridad para las conexiones de conductores, pines, bolas y otras piezas que están estrechamente relacionadas con la calidad de montaje de los dispositivos electrónicos. También presenta los problemas que plantean estos métodos de medición y la solución más reciente a estos problemas.
- Coplanaridad
- Importancia de la medición de la coplanaridad y su efecto en la calidad
- Dificultades de medición
- Soluciones de medición de la coplanaridad
- Resumen: una mejora y mayor eficacia de las mediciones de coplanaridad
Coplanaridad
La coplanaridad se refiere a una propiedad o estado en el que existen varios puntos en el mismo plano. La coplanaridad de los componentes electrónicos, como los SMD y los conectores, indica el valor máximo de la diferencia entre el punto más alto y el punto más bajo entre varios contactos. Dichos contactos incluyen las patillas de contacto de las matrices de rejilla de pines (PGA), las bolas de soldadura de las matrices de rejilla de bolas (BGA) y los pines de los conectores. La coplanaridad también puede expresarse como uniformidad de la superficie o planicidad terminal.
Por ejemplo, cuando los SMD se montan en una placa de circuito impreso utilizando una superficie de placa de circuito impreso completamente plana como línea de referencia, el valor de coplanaridad admisible se define como la tolerancia para la separación máxima entre la superficie de la placa y los múltiples puntos de contacto de las patillas o bolas de soldadura. La separación es un elemento diferente que se confunde fácilmente con la coplanaridad. La separación indica la distancia entre la superficie de montaje de la placa y la superficie inferior de un envase de dispositivo moldeado.
- A
- Coplanaridad
- B
- Línea de referencia
- C
- Punto muerto
Importancia de la medición de la coplanaridad y su efecto en la calidad
Cualquier separación que supere el rango admisible (tolerancia) en los contactos con componentes electrónicos puede causar problemas como fallos de conexión de dispositivos electrónicos montados en placas, fallos de contacto de conectores o fallos de conexión causados incluso por una ligera carga durante el uso.
Medir e inspeccionar la coplanaridad de las conexiones de componentes electrónicos, como puntos de conexión, soldadura en pasta y cables, puede garantizar la calidad de las piezas y el montaje, así como la fiabilidad en el mercado tras el envío.
Las cargas sobre las placas de circuito impreso y los SMD pueden causar problemas como el agrietamiento del paquete. Las cargas también provocan el levantamiento de las conexiones soldadas y pueden crear pequeñas entradas de aire en las piezas de plástico, lo que provoca corrosión interna.
Las piezas de contacto, como las clavijas, la soldadura en pasta y los cables, están expuestas a tensiones mecánicas y térmicas durante los procesos de fabricación, como el prensado, el plastificado, la forja, el corte y el encapsulado con resina. Por lo tanto, para comprobar que las piezas se han fabricado con la forma especificada en los planos, no basta con calcular la forma bidimensional para determinar la coplanaridad. Los cambios tridimensionales en la forma, como la inclinación y la flexión, también pueden causar variaciones en el paso y la coplanaridad, lo que provoca fallos en las conexiones.
Dificultades de medición
En esta sección se explican los métodos convencionales de medición de la coplanaridad y los problemas que suelen plantearse.
Dificultades de medición - Calibrador de espesores
Un calibrador de espesores es una herramienta utilizada para medir las dimensiones de un hueco introduciendo en él una fina placa metálica. También se conoce como calibrador de holguras. Los calibradores de espesores típicos pueden medir holguras pequeñas que oscilan entre 0.03 mm (0.001") y 1.00 mm (0.03").
La medición con galgas de espesores plantea los siguientes problemas.
- Este método implica una gran variación de los valores medidos y, si la herramienta no se maneja con cuidado, puede dañar los componentes electrónicos. La medición y la inspección requieren mucho tiempo y esfuerzo, por lo que resulta difícil inspeccionar todas las piezas.
- Dado que los resultados de las mediciones no pueden emitirse como datos, los operadores deben introducir los valores manualmente para crear informes y realizar análisis de tendencias.
Dificultades de medición - Microscopio
Los microscopios de medición se desarrollaron con fines de medición basándose en los principios existentes de los microscopios metalúrgicos y estereoscópicos, y pueden mostrar una precisión de medición de alrededor de 1 μm (0.00003"). Los microscopios de medición también permiten a los usuarios comprobar numéricamente la cantidad de movimiento de la plataforma.
Sin embargo, la medición mediante microscopios plantea los siguientes problemas.
- No hay libertad en las direcciones de medición. Para medir varios pines dispuestos en tres dimensiones, es necesario un largo proceso para girar la pieza de trabajo de modo que quede orientada en distintas direcciones y fijarla en su sitio utilizando una plantilla cada vez.
- Las dimensiones deben comprobarse visualmente, lo que da lugar a errores de medición que dependen del operador.
Soluciones de medición de la coplanaridad
La medición e inspección de la coplanaridad requiere mucho tiempo y esfuerzo si se utilizan instrumentos de medición y microscopios corrientes. Estos instrumentos también tienen el grave problema de la variación de los valores medidos. También es difícil medir dispositivos electrónicos miniaturizados con instrumentos de medición de tipo contacto, y dichos instrumentos pueden incluso dañar los objetivos durante la medición.
Para resolver estos problemas de medición, KEYENCE ha desarrollado el perfilómetro óptico 3D de la Serie VR.
La Serie VR captura con precisión la forma tridimensional de toda la superficie objetivo sin entrar en contacto con el objeto. La Serie VR no requiere sujeciones especiales ni decisiones subjetivas, por lo que cualquier operador puede realizar mediciones precisas. Esta sección presenta algunas ventajas específicas de la Serie VR.
Ventaja 1: medición rápida y sencilla de la forma.
La Serie VR solo requiere el sencillo paso de colocar la pieza de trabajo en la plataforma. Posteriormente, mueve automáticamente la plataforma para colocar el objetivo y escanea instantáneamente su forma. La variación de los resultados de la medición no se produce independientemente de la parte de la muestra que se mida.
La Serie VR puede medir la coplanaridad y el perfil de varios pines, cables y bolas de soldadura en una sola medición, sin necesidad de utillajes avanzados, lo que acorta considerablemente el tiempo necesario para la medición.
Ventaja 2: visualización de formas 3D
La Serie VR escanea la forma tridimensional de toda la superficie del objetivo y crea un modelo tridimensional fácil de entender.
Por ejemplo, capta las diferencias de altura causadas por la flexión o la inclinación entre un gran número de clavijas y cables dispuestos uno al lado del otro en una sola medición, mostrando estas diferencias en una imagen 3D utilizando diferentes colores. Esta ventaja permite a los usuarios comprender específicamente qué piezas del objetivo están superando las tolerancias y qué formas están causando problemas, lo que ayuda a identificar las causas de los defectos y evitar que se repitan. Con estas imágenes de datos, los usuarios también pueden crear informes fáciles de entender y compartir información con otras divisiones.
Resumen: una mejora y mayor eficacia de las mediciones de coplanaridad
Con la Serie VR, la forma tridimensional de todo el objetivo puede medirse instantáneamente mediante escaneado sin contacto. Además de resolver los problemas de la medición convencional, la Serie VR puede mejorar drásticamente la eficacia del trabajo en la medición de coplanaridad de componentes electrónicos.
- La medición sin contacto no aplica presión de medición a los componentes electrónicos sensibles, por lo que no hay riesgo de dañar el objetivo de medición.
- Basta con colocar el objetivo en la plataforma y la Serie VR realiza automáticamente los ajustes de posicionamiento antes de la medición. Esto elimina las variaciones en los valores medidos y permite una inspección rápida.
- Se puede medir instantáneamente la coplanaridad de un gran número de clavijas, cables y soldadura en pasta dispuestos uno al lado del otro.
- Los datos en 3D pueden visualizarse con un mapa altura-color, lo que permite crear informes que comunican claramente los problemas y defectos.
La Serie VR resuelve los problemas de la medición convencional de componentes electrónicos y mide toda la superficie del objeto en un instante. Puede responder a la necesidad actual de componentes electrónicos más pequeños y densos, al tiempo que mejora significativamente la eficacia del trabajo durante la medición y la creación de informes.
