A.O.I

Какво е AOI?

AOI означава Автоматизирана оптична инспекция, критична технология за контрол на качеството, широко използвана в процесите на производство на PCB и PCBA. Използва високорезолутни камери, оптични сензори и алгоритми за машинно виждане, за автоматично откриване на дефекти върху платки без физически контакт.

Как работи AOI: Процесът на инспекция
Автоматизираната оптична инспекция (АОИ) функциира като безконтактна, визуално задвижена система за контрол на качеството в производството на PCB/PCBA, като използва висока резолюция на изображенията, интелигентни алгоритми и сравнение с референтен образец за откриване на повърхностни дефекти. Процесът на инспекция включва четири основни последователни стъпки, осигурявайки прецизност и последователност по производствените линии.

Настройка и калибриране преди инспекция
Преди сканиране на платките, системата за АОИ изисква конфигуриране, за да съответства на специфичния дизайн на PCB/PCBA:
Зареждане на референтни данни: Импортиране на CAD файл с дизайна на целевата платка или използване на златен образец — потвърдена бездефектна платка — като референтен стандарт за инспекция. Системата картира ключови параметри: позиции на компоненти, размери на контактни площи, форми на вълнообразни връзки и разположение на проводници.
Калибриране на оптични параметри: Регулиране на осветлението, за да се подчертават различните видове дефекти. Например, страничното осветление разкрива височината на спойките, докато задното осветление открива прекъснати проводници. Калибриране на фокуса и резолюцията на камерата, за да се улавят фини детайли на плътни или миниатюрни компоненти.
Задаване на допустими граници на отклонение: Определяне на допустими диапазони за отклонение при позирането на компоненти, обема на спойката и полярността. Това предотвратява лъжливи сигнали, като осигурява засичането на критични дефекти.

Придобиване на изображения
AOI машината сканира повърхността на PCB/PCBA, за да събере висококачествени визуални данни:
Плоската е пренасяна към зоната за инспекция чрез автоматична транспортна лента, осигуряваща устойчива позиция.
Високоскоростни промишлени камери заснемат изображения на платката от множество ъгли (2D или 3D, в зависимост от модела на AOI). 3D AOI използва лазерно сканиране за измерване на височина, което позволява по-точно засичане на обема на спойките и копланарността на компонентите.
Системата съединява индивидуални изображения в пълна, високорезолутна карта на цялата повърхност на платката за инспекция с пълно покритие.

Анализ на изображения и откриване на дефекти

Това е ключовият етап, при който системата идентифицира аномалии чрез интелигентно сравняване:
· Сравняване пиксел по пиксел: Заснетото изображение на платката се сравнява с предварително заредения референсен образ. Алгоритъмът анализира разликите в плътността на пикселите, форма, позиция и цвят.
· Идентифициране на дефекти: Отклонения, надхвърлящи зададените допуснати гранични стойности, се класифицират като потенциални дефекти. Често откриваните проблеми включват:
· Свързани с компоненти: Липсващи части, обърната полярност, нецентриране или неправилни типове компоненти.
· Свързани със запояване: Запояни мостове, недостатъчен запоян материал, студено запояване или ефектът „тумбестоун“ (tombstoning).
· Свързани с PCB: Драскотини по проводници, липсващи контактни площи или грешки в силекрана.
· Подобрена 3D AOI: 3D системите добавят анализ на измерванията по височина, като разграничават между допустими спойки и дефекти като недостатъчна или излишна спойка, които 2D AOI може да пропусне.

Докладване за дефекти и действия

След анализа системата генерира практически резултати за производствените екипи:
· Класифициране и маркиране на дефектите: AOI класифицира дефектите по тежест и отбелязва точното им местоположение на картата на платката. Критичните дефекти активират незабавни сигнали.
· Регистриране на данни и отчети: Съхраняват се подробни отчети от инспекцията, включително видове дефекти, техните местоположения и честота на възникване. Тези данни подпомагат проследимостта и помагат на инженерите да идентифицират повтарящи се проблеми с цел оптимизация на процеса за монтаж на SMT.
· Обработка след инспекция: Платката се насочва към станция за ремонт за коригиране на дефектите или преминава към следващия производствен етап, ако не са открити дефекти.

Основни етапи на приложение в производството на PCBA

AOI се използва на множество контролни точки, за да се осигури качествен контрол по целия процес:
· Проверка AOI преди рефлоу: Проверява точността на поставяне на компонентите, полярността и наличието им преди запояване, като предотвратява влизането на дефектни компоненти в рефлоу фурната.
· Проверка AOI след рефлоу: Най-често срещаното приложение, което проверява качеството на запоите и цялостността на компонентите след рефлоу запояване.
· Проверка AOI след сглобяване: Извършва окончателна инспекция на готовата PCBA платка, за да се гарантира, че отговаря на проектните и отраслови стандарти преди доставка.

Какво проверява AOI?
Автоматизираната оптична инспекция (AOI) е средство за неразрушителен контрол на качеството в производството на PCB/PCBA, предназначено да засича повърхностни дефекти чрез сравняване на изображения на платката с еталонни образци или CAD данни. Проверките обхващат три основни категории на различни етапи от производството:

Дефекти на PCB субстрата

Преди монтаж на компоненти, AOI проверява празната PCB за структурна цялостност:
· Дефекти на проводници: Драскотини, прекъсвания (отворени вериги), къси съединения или неправилна ширина на проводниците.
· Проблеми с контактните площи: Липсващи площи, неточно позиционирани площи, окисление на площи или неравни повърхности на контактните площи.
· Повърхностни дефекти: Замърсяване, прахови части, отлепване на лак за лекаряване, или неправилно печатане на шеломаска (напр., грешни етикети на компоненти).
· Дефекти на отвори: Неправилно подравнени преходни отвори, липсващи отвори или прекомерно големи/малки изсвердлени отвори.

Дефекти в Поставянето на Компоненти

На етапа преди рефлоу (след монтиране на компоненти, преди запояване), AOI проверява точността на компонентите:
· Наличие/отсъствие: Липсващи компоненти или допълнителни (непланувани) компоненти на платката.
· Грешки в позициониране: Неправилно подравнени компоненти, отместено поставяне или завъртане извън допустимите толеранции.
· Проблеми с полярността: Обърната полярност на компонента.
· Неправилни компоненти: Грешен тип на част, грешна стойност или несъответстващ размер на опаковка.
· Дефекти на изводи: Отместени изводи, навити изводи или изводи, които не са правилно поставени върху контактните площи.

Дефекти на лутовия шев

На етапа след рефлоу (след запояване), AOI се фокусира върху качеството на запояването — най-често проверяваният обект на инспекция:
· Недостатъчен припой: Слаби, непълни възли, които създават риск от лош електрически контакт.
· Излишен припой: Грамадни възли, които могат да предизвикат къси съединения.
· Припойни мостове: Нежелани припойни връзки между съседни площи/проводни.
· Студен припой: Мътни, зърнести възли със слабо залепване, причинени от недостатъчно нагряване по време на преизливане.
· Томбстоунинг: Накланяне на компонент (единият край вдигнат отървърху площа) поради неравномерно стапяне на припоя.
· Припойни топчета: Малки, разхвърляни частици припой, които могат да доведат до къси съединения в плътни PCB.

Проверки след монтаж

За напълно сглобени PCBA, AOI извършва всеобхватна окончателна инспекция:
· Обща пълнота на сглобяването и съответствие с проектантски спецификации.
· Повреди на компоненти по време на припояване или докосване.
· Съответствие с отраслови стандарти за качество на леперни връзки и разположение на компоненти.

Проверките чрез AOI са бързи, последователни и проследими – генерират детайлен доклад за дефекти, за да помагат на производителите да оптимизират производствените процеси и да намалят честотата на повреди.

Типове AOI: 2D AOI срещу 3D AOI
При контрола на качеството на PCB/PCBA, автоматичната оптична инспекция (AOI) се разделя основно на 2D AOI и 3D AOI въз основа на принципите на заснемане и измерване. Двете технологии служат за откриване на дефекти, но се различават значително по точност, приложни сценарии и основни възможности — особено за съвременните високоплътни, миниатюрни платки.

2D AOI
Основен принцип: Използва 2D плоска технология за заснемане, като разчита на високорезолюционни промишлени камери и осветление от множество ъгли, за да заснеме 2D изображения от повърхността на PCB/PCBA. Открива дефекти чрез сравняване на плоската форма, размер и цвят на компоненти, спойки и проводници с референтни CAD данни или еталонни образци.
Ключови характеристики
· Предимства:
Ниска цена на оборудването и лесно поддържане, подходящо за малки и средни фабрики с основни нужди за инспекция.
Бърза скорост на сканиране, идеална за високотомашабисни производствени линии на стандартни PCBs.
Ефективна за откриване на плоски дефекти.
· Ограничения:
Записва само повърхностна плоска информация, без възможност за измерване на височина и обем. Често погрешно разпознава или пропуска дефекти, свързани с 3D.
Податлива на лъжливи сигнали поради промени в ъгъла на осветяване или вариации в цвета на компонентите.
По-малко ефективна за финопитч компоненти и високоплътни PCBs.
· Типични сценарии за приложение
Инспекция преди рефлоу на нископлътни PCBs (проверка за наличие на компоненти, полярност и отклонение в позиция).
Инспекция на прости дефекти във връзките за полагане на спойка на PCBs за потребителска електроника.
Производствени линии с чувствителност към разходи и базови изисквания за качество.

3D AOI
Основен принцип: Комбинира 2D плоско изображение с технология за измерване на 3D височина (обикновено лазерна триангулация или сканиране със структурирана светлина). Проектира лазер или структурирана светлина върху повърхността на PCB/PCBA, изчислява 3D координатите на всяка точка чрез анализиране на ъгъла на отразена светлина и изместването, и изгражда пълен 3D модел на платката. Засичането на дефекти се базира на данни за плоската позиция, както и за височина/обем.
Ключови характеристики
· Предимства:
Точно измерване на височината, обема на възлите и копланарността на компонентите — елиминира лъжливи сигнали, причинени от ограниченията на 2D плоското изображение. Може прецизно да идентифицира дефекти като недостатъчен припой, излишен припой, „гробищане“ (tombstoning) и вдигнати изводи.
Висока точност при засичане на дефекти при тесни разстояния и сложни компоненти, които са чести в автомобилната електроника, медицински устройства и аерокосмически PCB.
Поддържа количествен анализ на дефектите, което позволява оптимизиране на процеса въз основа на данни.
· Ограничения:
По-висока цена на оборудването и по-дълго време за сканиране в сравнение с 2D AOI.
По-сложна калибровка и поддръжка, изискваща професионални техници.
· Типични сценарии за приложение
Инспекция след рефлоу на високоплътни, високоточни PCB-та.
Инспекция на сложни спойки (BGA, QFN) и миниатюрни компоненти.
Производствени линии със строги изисквания за качество.

AOI в ПП и SMT: Ключови приложни сценарии
Автоматичната оптична инспекция е задължителен инструмент за контрол на качеството по цялото протежение на процесите за производство на ПП и монтаж SMT. Прилагана на критични контролните точки в производството, тя осигурява ранно засичане на дефекти, намаляване на разходите за преработка и поддържане на последователно високо качество на продукта. По-долу са изброени основните приложни сценарии, групирани по производствени етапи.

Приложения на AOI при производство на ПП (инспекция на голи платки)
AOI се използва за проверка на структурната цялост на голи PCB преди монтиране на компоненти, като се насочва към дефекти, въведени по време на травление, пробиване и нанасяне на лепенка за лепене.

Инспекция след травлене
· Цел: Проверка за дефекти по следите, които засягат електрическата свързаност.
· Открити дефекти: Отворени вериги (прекъснати следи), къси вериги (нежелани връзки между следи), отклонения в ширината на следите, недостатъчно/прекомерно травлене и липсващи анти-падове.
· Стойност: Улавя фатални електрически дефекти рано, предотвратявайки скъпоструваща корекция след монтиране на компоненти.

Инспекция след нанасяне на лепенка за лепене и силекскрийн
· Цел: Проверка на точността на покритието с лепенка за лепене и отпечатването с силекскрийн.
· Открити дефекти: Отлепяне на лепенка за лепене, неточни отвори в лепенката за лепене, мехурчета в лепенката за лепене, неправилни етикети на силекскрийн и размазани надписи на силекскрийн.
· Стойност: Осигурява, че лепенката за лепене предпазва следите от оксидиране и че силекскрийнът подпомага последващото поставяне на компоненти и диагностика на повреди.

Инспекция след пробиване/вия
· Цел: Проверка на свределени отвори и виаси за механична точност.
· Открити дефекти: Неподравнени отвори, прекомерно големи/малки виаси, запушени виаси (непреднамерено блокиране) и липсващи виаси.
· Стойност: Гарантира надеждни връзки между слоевете в многослойни PCB.

Приложения на AOI в процеса на SMT монтаж
SMT е сърцето на производството на PCBA, като AOI се прилага на три ключови етапа, за да покрие качеството на монтаж и запояване на компоненти.

AOI преди рефлоу запояване
· Време: След монтаж на компонентите от машини за поставяне, преди платката да навлезе в рефлоу фурната.
· Цел: Потвърждава точността на монтажа на компоненти преди запояване — това е най-икономически ефективният етап за поправяне на дефекти.

Открити дефекти:
Проблеми с компоненти: Липсващи компоненти, допълнителни компоненти, грешен тип/стойност на компонент, обърната полярност.
Проблеми с позиционирането: Отместване на компоненти, въртене извън допуснатото, вдигнати изводи и компоненти, които не са напълно поставени върху контактните площи.
Стойност: Избягва се влизането на дефектни платки в рефлуксната фурна, намалява се отпадъкът от лепенка и трудовите разходи за поправки.

AOI след рефлукс
Времето: Незабавно след като платката напусне рефлуксната фурна (най-широко използваната ситуация за AOI в SMT).
Цел: Проверка на качеството на лепените връзки и цялостното състояние на компонентите след лепенето.

Открити дефекти:
Дефекти при лепените връзки: Лепене между площи (къси съединения между контактни площи), недостатъчно лепило, излишно лепило, студено лепене (лоша адхезия), „гробница“ (накланяне на компонент), и лепящи топчета.
Повреда на компоненти: Пукалици в корпуса на ИС, огнати изводи вследствие висока температура при рефлукса и изместени компоненти.
Стойност: Гарантира, че лепените връзки отговарят на стандарта IPC и предотвратява проблеми с надеждността в крайните продукти.

AOI след монтаж
Времето: След ръчно вкарване на компоненти с проводни изводи (ако има такива) и функционално тестване.
Назначение: Провеждане на всеобхватна окончателна проверка на напълно сглобената PCBA.
Открити дефекти: Липсващи компоненти с отвори, неправилно ръчно леуване, повредени конектори и остатъчен фльус или замърсяване по повърхността на платката.
Стойност: Служи като окончателна контролна точка за качество преди пратка, осигурявайки само квалифицирани продукти да достигнат до клиентите.

Специализирани приложни сценарии за индустрии с висока надежност

За индустрии със строги изисквания за качество, AOI се адаптира към специфични нужди:

· Автомобилна електроника: 3D AOI се използва за инспектиране на PCBA за електронни блокове за управление на двигателя (ECU) и системи за управляване на ускорението (ADAS), с фокус върху копланарността на лецираните възли и надеждността на компонентите при високи температури.
· Медицински изделия: AOI потвърждава PCBA за кардиостимулатори, диагностично оборудване и др., осигурявайки нулеви дефекти за съответствие с изискванията на FDA и ISO 13485.
· Авио- и космическа промишленост: Високоточното 3D AOI инспектира миниатюрни, високоплътни PCBA за авионика, откривайки микродефекти, които биха могли да предизвикат отказ на системата в екстремни среди.