From Eye to Insight. Inspección rápida y fiable de placas de circuitos impresos con microscopía digital INFORME TÉCNICO DE MICROELECTRÓNICA, PARTE 2

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1 From Eye to Insight INFORME TÉCNICO DE MICROELECTRÓNICA, PARTE 2 Inspección rápida y fiable de placas de circuitos impresos con microscopía digital AUTORES James DeRose Escritor científico, marketing de microscopía estereoscópica y digital, Leica Microsystems, Suiza Giancarlo Parma Especialista en aplicaciones Leica Microsystems, Italia

2 MICROELECTRÓNICA PARTE 2: INSPECCIÓN RÁPIDA Y FIABLE DE PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESOS CON MICROSCOPÍA DIGITAL 2 Por qué utilizar un microscopio digital para la inspección? La microscopía digital se utiliza cada vez más para la inspección, el control y la garantía de calidad (CC/GC), el análisis de fallos (AF) y la investigación y desarrollo (I+D) en la industria electrónica, especialmente para las placas de circuito impreso (PCB). Los microscopios digitales son prácticos de usar y permiten un flujo de trabajo eficiente en la inspección. Aquí se tratan las ventajas de las siguientes características de los microscopios digitales: i) inclinación y rotación rápidas y sencillas para observar la muestra desde diferentes perspectivas, ii) iluminación integrada para un contraste versátil, iii) captura y procesamiento de imágenes de alto rango dinámico (HDR) y iv) amplia vista general de la imagen panorámica de la muestra. Los microscopios digitales no tienen oculares y la imagen se observa directamente en un monitor. Con el microscopio digital Leica DVM6, los usuarios pueden, por ejemplo, grabar rápidamente datos de imágenes fiables y de alta calidad y realizar con facilidad mediciones y análisis durante la inspección de muestras electrónicas como las placas de circuitos impresos. De ese modo, se consiguen una inspección, un CC/GC, un AF y una I+D eficientes. Cómo consigue un microscopio digital que el flujo de trabajo de la inspección sea eficiente? El Leica DVM6 hace eficientes el flujo de trabajo de inspección, el CC/CG, el AF y la I+D gracias a múltiples funciones importantes: > > inclinación del cabezal del microscopio y rotación de la muestra rápidas y sencillas; > > vista general panorámica de la muestra, p. ej., uniendo XY y XYZ; > > anillo de luz LED e iluminación coaxial integradas y accesorio de luz de fondo que proporcionan un contraste versátil para realzar los detalles de la muestra; > > capacidad de alto rango dinámico (HDR) para la captura y procesamiento de imágenes [1,2]; > > software intuitivo para el manejo del microscopio y el análisis de datos [3]; > > modo eficiente y sencillo de cambiar el aumento en todo el rango (de 12:1 a 2350:1) [3]; > > codificación (seguimiento y almacenamiento automatizados) de parámetros importantes, p. ej., la platina, la óptica, la iluminación y la configuración de la cámara para un acceso rápido en cualquier momento [3] y > > cámara digital de alto rendimiento con visualización rápida de imágenes en vivo y una resolución de 10 megapíxeles [1,4]. En este artículo se explica cómo los 4 puntos anteriores contribuyen a lograr un flujo de trabajo rápido y fiable en electrónica. Las demás características del Leica DVM6 ya se han tratado en un artículo anterior [3].

3 MICROELECTRÓNICA PARTE 2: INSPECCIÓN RÁPIDA Y FIABLE DE PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESOS CON MICROSCOPÍA DIGITAL PARA 3 Configuración e inicio de la inspección El microscopio digital Leica DVM6 es fácil de configurar y manejar. Solo hay que enchufar el cable de alimentación, conectar un cable USB a un ordenador que disponga del software Leica Application Suite X (LAS X), colocar una lente del objetivo y el Leica DVM6 estará listo para la inspección. A continuación, se muestra una imagen del microscopio digital Leica DVM6 con una PCB (placa de circuito impreso) colocada en su platina.

4 MICROELECTRÓNICA PARTE 2: INSPECCIÓN RÁPIDA Y FIABLE DE PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESOS CON MICROSCOPÍA DIGITAL 4 Vista de los componentes de la PCB desde diferentes perspectivas: Inclinación del cabezal del microscopio y rotación de la platina Un flujo de trabajo de inspección rápido y fiable de las PCB a menudo exige que se puedan observar desde diferentes perspectivas sus complejos componentes en 3D, tales como amplificadores, reguladores de voltaje, transistores, diodos, condensadores, etc. El microscopio digital Leica DVM6 cuenta con un cabezal inclinable (de -60 a +60 ) y una platina de muestras giratoria (-180 y +180 ) [5]. A continuación, se enseñan ejemplos de imágenes de PCB obtenidas desde diferentes perspectivas de observación. Las diferentes perspectivas de observación pueden ser importantes cuando se inspeccionan componentes, por ejemplo, la soldadura del regulador de voltaje dentro del círculo rojo. El cambio del ángulo de observación permite ver diferentes partes de la soldadura y de los componentes que podrían quedar «ocultos» con una visión superior fija (inclinación de 0 ). Imagen de una sección de una placa de circuito impreso (PCB) con una inclinación del cabezal del microscopio de 0 y una rotación de la platina de 0. La soldadura del regulador de voltaje (círculo rojo) se podría inspeccionar con diferentes ángulos de inclinación y rotación. La misma muestra de PCB con la soldadura del regulador de voltaje marcada (círculo rojo) como se puede ver arriba con una inclinación de -20 y una rotación de 0. La misma muestra de PCB con la zona de soldadura del regulador de voltaje indicada (círculo rojo) como se puede ver arriba con una inclinación de 0 y una rotación de +30. La misma muestra de PCB con la soldadura del regulador de voltaje indicada (círculo rojo) como se puede ver arriba con una inclinación de +10 y una rotación de +30.

5 MICROELECTRÓNICA PARTE 2: INSPECCIÓN RÁPIDA Y FIABLE DE PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESOS CON MICROSCOPÍA DIGITAL PARA 5 Vista general panorámica de la muestra A menudo, cuando se inspeccionan PCB, conviene tener una visión general de toda la placa y luego ampliar un punto de interés a un mayor aumento. El software LAS X permite diferentes modos para obtener un amplio escaneo XY (2D), tales como «marcar y encontrar», «escaneo panorámico» y «escaneao espiral». Según la platina escanea a lo largo de las direcciones X e Y, se adquieren varias imágenes de la muestra del área de interés, las cuales une posteriormente el LAS X para formar una imagen panorámica [5]. Abajo se muestra un ejemplo de una amplia visión general de una imagen panorámica de una PCB. Vista general panorámica obtenida con el Leica DVM6 de una gran área de una PCB (placa de circuito impreso).

6 MICROELECTRÓNICA PARTE 2: INSPECCIÓN RÁPIDA Y FIABLE DE PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESOS CON MICROSCOPÍA DIGITAL 6 La iluminación versátil ofrece múltiples métodos de contraste y la captura y procesamiento de imágenes de alto rango dinámico (HDR) Al realizar la inspección, el CC, el AF y la I+D de las PCB, la iluminación versátil y los métodos de contraste ayudan a que los detalles o características específicos sean visibles con más facilidad. El Leica DVM6 está equipado con un anillo de luz LED integrado e iluminación coaxial; además, hay disponibles accesorios de iluminación tales como luz de fondo, difusor de luz y polarizador de luz. Anillo de luz y luz de fondo Las imágenes que aparecen a continuación muestran la misma área de la PCB capturada utilizando anillo de luz y luz de fondo o solo iluminación de fondo. La luz de fondo permite ver la luz que penetra por orificios o partes transparentes o translúcidas de la PCB. La mayoría de los orificios en la PCB son vías [6]. Alrededor de algunas de las vías también se pueden ver regiones translúcidas del sustrato epoxi de fibra de vidrio de la PCB. Sección de una PCB capturada con el Leica DVM6 utilizando anillo de luz y luz de fondo incidentes. Se ve la luz transmitiéndose a través de las vías de la PCB. La misma sección de PCB que aparece arriba capturada utilizando solo luz de fondo. Se ve la luz a través de las vías y las partes translúcidas (flechas rojas) del sustrato epoxi de fibra de vidrio alrededor de algunas de ellas.

7 MICROELECTRÓNICA PARTE 2: INSPECCIÓN RÁPIDA Y FIABLE DE PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESOS CON MICROSCOPÍA DIGITAL PARA 7 Difusor de luz y polarizador Las imágenes que aparecen a continuación muestran la misma área de la PCB capturada usando la iluminación del anillo de luz con o sin accesorio, es decir, luz de fondo, difusor de luz o polarizador. El polarizador elimina por completo el brillo de los puntos muy reflectantes. Cuando se capturan imágenes con un cabezal de microscopio inclinado, estas muestran que el difusor elimina el brillo del barniz del sustrato epoxi de fibra de vidrio de la PCB. La inclinación con luz de fondo también permite observar detalles de las paredes internas de las vías (orificios) en la PCB. Solo anillo de luz, sin accesorio Solo anillo de luz, sin accesorio, inclinación de +10 Anillo de luz con difusor Anillo de luz con polarizador Anillo de luz con difusor, inclinación de +10

8 MICROELECTRÓNICA PARTE 2: INSPECCIÓN RÁPIDA Y FIABLE DE PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESOS CON MICROSCOPÍA DIGITAL Imagen del área de una PCB tomada con el cabezal del microscopio Leica DVM6 inclinado a +15 e iluminación de anillo de luz, polarizador instalado. 8 Imagen de la misma área de PCB que antes, cabezal inclinado a +15, iluminación de anillo de luz y de fondo, polarizador instalado. Ahora son visibles las paredes internas de las vías. Véase el ejemplo marcado con una flecha roja en ambas imágenes. Alto rango dinámico (HDR) Para evitar en una imagen capturada las áreas demasiado oscuras o demasiado claras, se puede aprovechar la captura y procesamiento de imágenes de alto rango dinámico (HDR) [1,2]. El método de captura y procesamiento de imágenes HDR captura una serie de imágenes de la muestra con diversas intensidades de exposición. Después, el software LAS X crea una imagen compuesta final utilizando diferentes algoritmos. Este método puede necesitar más tiempo para grabar una imagen final ya que se toman múltiples imágenes de la muestra con diferente iluminación pero, en general, se pueden ver más detalles en la muestra. A continuación aparecen imágenes de un área de una PCB, que muestran un regulador de voltaje, tomadas con y sin HDR. Imagen tomada con el Leica DVM6 de un área de una PCB con iluminación ordinaria de anillo de luz, sin HDR ni accesorio. Brillo de los pads soldados del regulador de voltaje (círculo rojo). La misma área de PCB que la de la izquierda tomada con iluminación de anillo de luz más HDR, sin accesorio. Sin brillo de los pads soldados del regulador de voltaje (círculo rojo).

9 MICROELECTRÓNICA PARTE 2: INSPECCIÓN RÁPIDA Y FIABLE DE PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESOS CON MICROSCOPÍA DIGITAL PARA 9 Resumen y conclusiones Con el microscopio digital Leica DVM6 se consigue una inspección fiable y eficiente de las placas de circuitos impresos (PCB) para el control y la garantía de calidad (CC/GC), el análisis de fallos (AF) y la investigación y desarrollo (I+D). Este artículo explica los siguientes beneficios: 1) mejor inspección de los componentes de las PCB al cambiar la perspectiva de observación con una simple inclinación del cabezal del microscopio y rotación de la muestra; 2) obtención de una visión general rápida de una gran área de la muestra mediante la creación de imágenes panorámicas, es decir, uniendo para buscar de manera eficiente los posibles defectos que causen problemas; 3) contraste óptimo para resaltar características de la PCB utilizando el anillo de luz LED (diodo electroluminiscente) y la iluminación coaxial integradas y los accesorios tales como el la luz de fondo, el difusor y el polarizador; y 4) captura y procesamiento de imágenes de alto rango dinámico (HDR) [1,2]. Estas funciones permiten a los usuarios del Leica DVM6 llevar a cabo adquisiciones de datos y análisis rápidos y fiables para una mejor eficiencia del flujo de trabajo de inspección, CC, AF e I+D. Lectura adicional 1. C. Greb, P. Laskey, K. Schwab, Introduction to Digital Camera Technology: Basic principles, properties, possibilities, and compromises, Science Lab 2. D. Goeggel, A. Schue, Trends in Microscopy: How Much "Digital" Do You Really Need?, Science Lab 3. J. DeRose y G. Schlaffer, Inspeccionar y analizar placas de circuito impreso (PCB) de forma rápida y fi able con un microscopio digital, página del producto Leica DVM6 4. U. Schmid, Digital Cameras: Beware of Pixel Mania, Science Lab 5. Página del producto Leica DVM6, Leica Microsystems 6. Vía (electrónica), Wikipedia

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