A.O.I

Què és l'AOI?

AOI significa Inspecció Òptica Automatitzada, una tecnologia essencial de control de qualitat àmpliament utilitzada en els processos de fabricació de PCB i PCBA. Utilitza càmeres d'alta resolució, sensors òptics i algorismes de visió per ordinador per detectar automàticament defectes en les plaques de circuit sense contacte físic.

Com funciona l'AOI: El procés d'inspecció
La inspecció òptica automàtica (AOI) funciona com un sistema de control de qualitat sense contacte basat en visió per a la fabricació de PCB/PCBA, que utilitza imatges d'alta resolució, algorismes intel·ligents i comparació amb referències per detectar defectes superficials. El seu procés d'inspecció segueix quatre passos principals i seqüencials, assegurant precisió i consistència en les línies de producció.

Configuració i calibratge prèvies a la inspecció
Abans d’escanejar les plaques, el sistema AOI necessita una configuració per adaptar-se al disseny específic de la PCB/PCBA:
Carregar dades de referència: Importeu el fitxer de disseny CAD de la placa objectiu o utilitzeu una mostra patró —una placa verificada sense defectes— com a punt de referència per a la inspecció. El sistema fa un mapa dels paràmetres clau: posicions dels components, mides dels pads, formes de les unions de soldadura i distribucions de les pistes.
Calibració dels paràmetres òptics: Ajusteu les condicions d'il·luminació per ressaltar diferents tipus de defectes. Per exemple, l'il·luminació lateral mostra l'alçada de les unions de soldadura, mentre que l'il·luminació posterior detecta interrupcions en les pistes. Calibreu el focus i la resolució de la càmera per capturar detalls fins de components densos o miniaturitzats.
Establiment de llindars de tolerància: Definiu rangs de desviació acceptables per a la col·locació dels components, el volum de soldadura i la polaritat. Això evita alarmes falses alhora que assegura que els defectes crítics siguin identificats.

Adquisició d'imatges
La màquina AOI escaneja la superfície del PCB/PCBA per capturar dades visuals d'alta qualitat:
La placa es transporta a la zona d'inspecció mitjançant una cinta transportadora automàtica, garantint una posició estable.
Càmeres industrials d'alta velocitat capturen imatges de la placa des de múltiples angles (2D o 3D, segons el model AOI). L'AOI 3D utilitza escaneig làser per mesurar l'alçada, permetent una detecció més precisa del volum de les unions de soldadura i la coplanaritat dels components.
El sistema combina imatges individuals en un mapa complet d'alta resolució de tota la superfície del circuit per a una inspecció integral.

Anàlisi d'imatges i detecció de defectes

Aquest és el pas fonamental on el sistema identifica anomalies mitjançant una comparació intel·ligent:
· Comparació píxel a píxel: La imatge del circuit capturada es compara amb la de referència prèviament carregada. L'algoritme analitza les diferències en densitat de píxels, forma, posició i color.
· Identificació de defectes: Les desviacions que superin els llindars de tolerància preestablerts es classifiquen com a defectes potencials. Els problemes detectats més comuns inclouen:
· Relacionats amb components: peces absents, polaritat invertida, malalineació o tipus de component incorrectes.
· Relacionats amb soldadura: ponts de soldadura, soldadura insuficient, soldadura freda o efecte tombstone.
· Relacionats amb el PCB: ratllades en pistes, pads absents o errors en serigrafia.
· Millora de l'AOI 3D: Els sistemes 3D afegueixen anàlisi de mesura d'alçada, distingeixen entre filets de solda acceptables i defectes com solda insuficient o excés de solda que l'AOI 2D podria passar per alt.

Informació de defectes i acció

Després de l'anàlisi, el sistema genera resultats accionables per als equips de producció:
· Classificació i marcatge de defectes: L'AOI classifica els defectes segons la seva gravetat i marca'n llocs exactes al mapa de la placa. Els defectes crítics activen alertes immediates.
· Registre de dades i informes: S'emmagatzemen informes detallats d'inspecció, incloent tipus de defectes, ubicacions i taxes d'ocurrència. Aquestes dades recolzen la traçabilitat i ajuden els enginyers a identificar problemes recurrents per optimitzar el procés d'assemblatge SMT.
· Manipulació posterior a la inspecció: La placa s'envia ja sigui a una estació de reparació per corregir els defectes o a l'etapa següent del procés de producció si no es detecten defectes.

Etapes clau d'aplicació en la producció de PCBA

L'AOI s'implementa en múltiples punts de control per assegurar un control de qualitat integral:
· AOI pre-reflow: Inspecciona la precisió de la col·locació dels components, la polaritat i la presència abans de la soldadura, evitant que components defectuosos entrin al forn de reflow.
· AOI post-reflow: L'aplicació més comuna, que verifica la qualitat de les unions de soldadura i la integritat dels components després del procés de soldadura per reflow.
· AOI post-muntatge: Realitza una inspecció final del PCBA complet per assegurar que compleix amb els estàndards de disseny i industrials abans de l'enviament.

Què comprova l'AOI?
L'inspecció òptica automàtica és una eina de control de qualitat sense contacte per a la fabricació de PCB/PCBA, dissenyada per detectar defectes a nivell superficial mitjançant la comparació d'imatges del circuit amb mostres de referència o dades CAD. Les seves comprovacions cobreixen tres categories principals en diferents fases de producció:

Defectes del substrat PCB

Abans del muntatge dels components, l'AOI inspecciona el PCB nu per verificar la seva integritat estructural:
· Defectes de traça: Ratllades, trencaments (circuits oberts), circuits curts o amplades de traça incorrectes.
· Problemes de pads: Pads absents, pads desalignats, oxidació dels pads o superfícies de pad desiguals.
· Defectes de superfície: Contaminació, partícules de pols, despreniment de la màscara de soldadura o impressió serigràfica incorrecta (p. ex., etiquetes de components errònies).
· Defectes de forats: Vies desalineades, forats absents o forats perforats de mida excessiva/insuficient.

Defectes en la col·locació de components

A l'etapa prèvia al refluix (després del muntatge dels components, abans de la soldadura), l'AOI verifica l'exactitud dels components:
· Presència/absència: Components absents o components addicionals (no planificats) a la placa.
· Errors de posicionament: Components desalineats, col·locació desplaçada o rotació fora de tolerància.
· Problemes de polaritat: Polaritat del component invertida.
· Components incorrectes: Tipus de component erroni, valor erroni o mida del paquet no coincident.
· Defectes de potes: Potes alçades, potes doblegades o potes que no estan correctament assegudes als pads.

Defectes de junta de soldadura

A la fase posterior al refluix (després de soldar), l'AOI s'en centra en la qualitat de la solda, que és l'objectiu d'inspecció més comú:
· Solda insuficient: unions febles i incompletes que poden provocar un mal contacte elèctric.
· Excés de solda: unions voluminoses que poden causar curtcircuits.
· Ponts de solda: connexions de solda no desitjades entre pads o pistes adjacents.
· Solda freda: unions opaques i grans que tenen una adhesió feble, causada per un escalfament insuficient durant el refluix.
· Tombstoning: inclinació del component (un extrem aixecat del pad) deguda a la fusió desigual de la solda.
· Boletes de solda: petites partícules de solda disperses que poden provocar curtcircuits en PCBs densos.

Comprovacions finals després del muntatge

Per a PCBAs completament muntats, l'AOI realitza una inspecció final completa:
· Completesa general del muntatge i compliment amb les especificacions de disseny.
· Danys als components durant la soldadura o manipulació.
· Conformitat amb els estàndards del sector en qualitat de soldadura i col·locació dels components.

Els controls de l'AOI són ràpids, consistents i traçables: generen informes detallats de defectes per ajudar els fabricants a optimitzar els processos de producció i reduir les taxes d’error del producte.

Tipus d'AOI: AOI 2D vs. AOI 3D
En el control de qualitat de PCB/PCBA, la inspecció òptica automàtica (AOI) es divideix principalment en AOI 2D i AOI 3D segons els principis d'imatge i mesura. Ambdues tecnologies serveixen per a la detecció de defectes, però difereixen significativament en precisió, escenaris d'aplicació i capacitats principals, especialment per a circuits moderns d'alta densitat i miniaturitzats.

aOI 2D
Principi fonamental: Utilitza tecnologia d'imatge planar 2D, basant-se en càmeres industrials d'alta resolució i il·luminació de múltiples angles per capturar imatges 2D de les superfícies de PCB/PCBA. Detecta defectes comparant la forma, mida i color plans de components, unions de solda i pistes amb dades de referència CAD o mostres patró.
Característiques clau
· Avantatges:
Baix cost d'equipament i fàcil manteniment, adequat per a fàbriques mitjanes i petites amb necessitats bàsiques d'inspecció.
Velocitat de exploració ràpida, ideal per a línies de producció d'alta volum de PCBs estàndards.
Efectiu per detectar defectes plans.
· Limitacions:
Només captura informació plana de la superfície, sense poder mesurar alçada ni volum. Sovint fa jutjaments erronis o perd defectes relacionats amb el 3D.
Propens a falses alarmes degut a canvis en l'angle d'il·luminació o variacions de color dels components.
Menys efectiu per a components de pas fi i PCBs d'alta densitat.
· Escenaris típics d'aplicació
Inspecció prèvia al refluix de PCBs de baixa densitat (comprovació de presència de components, polaritat i desviació en el posicionament).
Inspecció de defectes senzills de solda en PCBs d'electrònica de consum.
Línies de producció sensibles al cost amb requisits bàsics de qualitat.

aOI 3D
Principi fonamental: Combina la imatge plana 2D amb la tecnologia de mesura d'alçada 3D (normalment triangulació làser o escaneig de llum estructurada). Projecta un làser o llum estructurada sobre la superfície del PCB/PCBA, calcula les coordenades 3D de cada punt analitzant l'angle de reflexió i el desplaçament de la llum, i construeix un model 3D complet de la placa. La detecció de defectes es basa tant en la posició plana com en les dades d'alçada/volum.
Característiques clau
· Avantatges:
Mesurament precís de l'alçada, volum i coplanaritat de les unions de soldadura, eliminant així falses alarmes causades per les limitacions planes del 2D. Pot identificar amb precisió defectes com soldadura insuficient, excés de soldadura, tombstoning i potes levantades.
Alta precisió de detecció en components de pas fi i complexos, habituals en electrònica automotriu, dispositius mèdics i PCBs aerospacials.
Permet l'anàlisi quantitativa de defectes, facilitant l'optimització del procés basada en dades.
· Limitacions:
Cost d'equipament més elevat i temps de escaneig més llarg en comparació amb l'AOI 2D.
Calibració i manteniment més complexos, que requereixen tècnics professionals.
· Escenaris típics d'aplicació
Inspecció després del refredament de PCBs d'alta densitat i alta precisió.
Inspecció de soldadures complexes (BGA, QFN) i components miniaturitzats.
Línies de producció amb requisits estrictes de qualitat.

AOI en PCB i SMT: principals escenaris d'aplicació
La inspecció òptica automàtica és una eina indispensable de control de qualitat en tot el procés de fabricació de PCB i muntatge SMT. Implementada en punts crítics de producció, assegura la detecció precoç de defectes, redueix els costos de reprocessament i manté una qualitat de producte consistent. A continuació es mostren els seus escenaris d'aplicació principals, classificats per fase de producció.

Aplicacions de l'AOI en la fabricació de PCB (inspecció de plaques velles)
L'AOI s'utilitza per verificar la integritat estructural de les PCB velles abans del muntatge de components, centrant-se en els defectes introduïts durant l'engravat, el perforat i l'aplicació de la màscara de solda.

Inspecció post-engravat
· Finalitat: Comprovar defectes en les pistes que afectin la connectivitat elèctrica.
· Defectes detectats: circuits oberts (pistes trencades), circuits curts (connexions no desitjades entre pistes), desviacions en l'amplada de les pistes, sub-engravat/sobre-engravat i anti-pads absents.
· Valor: Detecta defectes elèctrics greus en una fase inicial, evitant costosos reprocessaments després del muntatge de components.

Inspecció post-màscara de solda i serigrafia
· Finalitat: Verificar l'exactitud de la cobertura de la màscara de solda i la impressió del serigrafat.
· Defectes detectats: Despreniment de la màscara de solda, obertures de màscara de solda desalignades, bombolles a la màscara de solda, etiquetes de serigrafat incorrectes i esborrats al serigrafat.
· Valor: Garanteix que la màscara de solda protegeixi les pistes contra l'oxidació i que el serigrafat faciliti la col·locació de components i la resolució d'incidències posteriors.

Inspecció post-perforació/via
· Finalitat: Inspeccionar els forats perforats i les vies per verificar-ne l'exactitud mecànica.
· Defectes detectats: Forats desalignats, vies de mida excessiva/insuficient, vies tapades (bloqueig no desitjat) i vies absents.
· Valor: Garanteix connexions intercapes fiables en PCBs de múltiples capes.

Aplicacions de l'AOI en el procés d'assemblat SMT
L'SMT és el nucli de la producció de PCBA, i l'AOI s'implementa en tres fases clau per cobrir la qualitat de la col·locació dels components i de la solda.

AOI pre-refusió
· Temporització: Després que les màquines de col·locació muntin els components, abans que la placa entri al forn de reflux.
· Propòsit: Verificar l'exactitud de la col·locació dels components abans de soldar: aquest és el punt de control més econòmic per corregir defectes.

Defectes detectats:
Problemes de components: components absents, components de més, tipus o valor incorrecte del component, polaritat invertida.
Problemes de col·locació: desviació del component, rotació fora de tolerància, potes levantades i components no assentats sobre les pastilles.
Valor: Evita que plaques defectuoses entrin al forn de reflux, reduint el desperdici de solda i la mà d'obra de reballa.

AOI post-reflux
Temporització: Immediatament després que la placa surti del forn de reflux (l'escenari AOI més utilitzat en SMT).
Propòsit: Inspeccionar la qualitat de les unions de solda i la integritat dels components després de la solda.

Defectes detectats:
Defectes de solda: ponts de solda (curtcircuits entre pastilles), solda insuficient, excés de solda, solda freda (adherència deficiente), tombstoning (inclinació del component) i boles de solda.
Danys en el component: Cossos d'IC esquerdatats, terminals doblegades degudes a la refluència a alta temperatura i components desplaçats.
Valor: Garanteix que les unions de solda compleixin els estàndards IPC i evita problemes de fiabilitat en els productes finals.

AOI post-muntatge
Moment: Després de la inserció manual de components de forat passant (si és aplicable) i la prova funcional.
Finalitat: Realitzar una verificació final completa del PCBA completament muntat.
Defectes detectats: Components de forat passant absents, soldadures manuals incorrectes, connectors danats i flux residual o contaminació a la superfície de la placa.
Valor: Fa de darrera porta de qualitat abans de l'enviament, assegurant que només arribin als clients productes qualificats.

Escenaris d'aplicació especialitzats per a indústries d'alta fiabilitat

Per a indústries amb requisits estrictes de qualitat, l'AOI s'adapta a necessitats específiques:

· Electrònica automotriu: s'utilitza AOI 3D per inspeccionar PCBA d'unitats de control del motor (ECU) i sistemes ADAS, centrant-se en la coplanaritat de les unions de solda i la fiabilitat dels components en condicions d'alta temperatura.
· Dispositius mèdics: L'AOI verifica les PCBA per a marcapassos, equips de diagnòstic, etc., assegurant zero defectes per complendir amb els estàndards FDA i ISO 13485.
· Aeroespacial i Defensa: L'AOI d'alta precisió en 3D inspecciona PCBA miniaturitzades i d'alta densitat per a l'avionics, detectant microdefectes que podrien provocar fallades del sistema en ambients extrems.