Кто проверяет IGBT, пока он не попал в инвертор: машинное зрение на производстве силовой электроники

Внутри силового IGBT-модуля находятся десятки алюминиевых проводников, приваренных ультразвуком к кристаллам и подложке. Если часть из них отошла, электрический тест может этого не заметить. В работе Астонского университета показано, что IGBT может потерять до половины проводников, прежде чем отказ станет катастрофическим. При этом нагрузка на оставшиеся проводники растёт, и дефект проявится уже в инверторе у заказчика. Поэтому на сборке всё больше проверок поручают оптике.

Камеры машинного зрения на таких линиях работают на двух этапах. Сначала они помогают самой сварке. Как пишет Basler, установки разварки опираются на зрение для точного совмещения, а после операции системы инспекции проверяют целостность проводников и корпуса. Затем камера осматривает готовый узел и ищет смещённые и оборванные проводники, погнутые выводы, ошибки маркировки.

Реальных примеров немало. Semikron на заводе в Нюрнберге выбрал автоматическую оптическую инспекцию разварки от Viscom, чтобы гарантировать надёжное соединение кристаллов с выводами. Keyence для той же задачи предлагает системы XG-X/CV-X с камерой на 21 Мп и прямо указывает, что камеры с низким разрешением не видели мелких смещений и отсоединённых проводников. Немецкая MABRI.VISION линейкой MV.EYE i2 проверяет геометрию модулей: изгиб пинов, их положение по осям X и Y, высоту по оси Z, положение и диаметр силовых контактов. Британская Dynex Semiconductor, которая выпускает IGBT-модули и силовые сборки, контролирует размеры видеоизмерительной системой Nikon.

Оптика не заменяет другие методы контроля. На «Электровыпрямителе» межоперационный контроль модулей построен на электрических, тепловых, механических, инфракрасных и рентгеновских методах. В «Протон-Электротекс» при модернизации линии IGBT-модулей установили оборудование ультразвукового сканирования. Задача камеры другая: она проверяет поверхность и геометрию, причём быстрее и стабильнее человека.

При выборе камеры разрешение подбирают под самый мелкий дефект, который нужно найти. Тонкий проводник и малое смещение требуют многомегапиксельной матрицы, это видно на примере Keyence. Для проверки геометрии и разварки обычно достаточно монохромной камеры: у неё нет цветного фильтра Байера, поэтому изображение получается чётче. Цветная камера нужна, если маркировку или компоненты приходится различать по оттенку. Не менее важны освещение и объектив, без них дефект может не попасть в кадр.