A.O.I

Co je AOI?
AOI znamená Automated Optical Inspection, což je kritická technologie kontroly kvality široce využívaná v výrobních procesech desek plošných spojů (PCB) a plošných spojů s osazenými součástkami (PCBA). Využívá vysoce rozlišovací kamery, optické senzory a algoritmy strojového vidění k automatické detekci vad na desce plošných spojů bez fyzického kontaktu.

Jak AOI funguje: Proces inspekce
Automatická optická inspekce (AOI) funguje jako bezkontaktní, vizuálně řízený systém kontroly kvality pro výrobu desek plošných spojů (PCB/PCBA), který spoléhá na snímání s vysokým rozlišením, inteligentní algoritmy a referenční porovnání pro detekci povrchových vad. Proces inspekce následuje čtyři základní, sekvenční kroky, které zajišťují přesnost a konzistenci napříč výrobními linkami.

Nastavení a kalibrace před inspekcí
Než začne systém skenovat desky, musí být nakonfigurován tak, aby odpovídal konkrétnímu návrhu desky PCB/PCBA:
Načtení referenčních dat: Naimportujte soubor CAD návrhu cílové desky nebo použijte vzorovou desku – ověřenou bezchybnou desku – jako referenční standard pro inspekci. Systém mapuje klíčové parametry: pozice součástek, velikosti pájecích políček, tvary pájených spojů a uspořádání spojovacích drah.
Kalibrace optických parametrů: Nastavte osvětlení tak, aby byly zřetelné různé typy vad. Například boční osvětlení odhaluje výšku pájených spojů, zatímco protisvětlí detekuje přerušení spojovacích drah. Zkalibrujte zaostření a rozlišení kamery pro zachycení jemných detailů hustě osazených nebo miniaturizovaných součástek.
Nastavení tolerančních mezí: Definujte přípustné limity odchylek pro umístění součástek, objem pájky a polaritu. Tím se zabrání falešným poplachům a zároveň se zajistí, že jsou kritické vady nahlášeny.

Získávání obrazu
Stroj AOI skenuje povrch desky plošných spojů (PCB/PCBA) za účelem získání vysoce kvalitních obrazových dat:
Deska je automatickou dopravní páskou převedena do kontrolního prostoru, čímž se zajistí stabilní poloha.
Průmyslové kamery s vysokou rychlostí pořizují snímky desky z více úhlů (2D nebo 3D, v závislosti na modelu AOI). 3D AOI využívá laserové skenování k měření výšky, což umožňuje přesnější detekci objemu pájených spojů a rovinnosti součástek.
Systém spojuje jednotlivé obrázky do kompletní, vysoké rozlišení mapy celého povrchu desky pro plnou kontrolu pokrytí.

Analýza obrazu a detekce vad

Toto je klíčový krok, ve kterém systém identifikuje odchylky prostřednictvím inteligentního porovnání:
· Porovnání pixel od pixelu: Zachycený obrázek desky je porovnán s předem načteným referenčním obrázkem. Algoritmus analyzuje rozdíly v hustotě pixelů, tvaru, poloze a barvě.
· Identifikace vad: Odchylky přesahující přednastavené meze tolerance jsou klasifikovány jako potenciální vady. Mezi běžné detekované problémy patří:
· Související s komponenty: Chybějící součástky, obrácená polarita, nesrovnání nebo nesprávné typy součástek.
· Související se pájením: Pájecí můstky, nedostatek pájky, studené pájení nebo jev známý jako tombstoning.
· Související s deskou plošných spojů (PCB): Poškrábání stop, chybějící plošky nebo chyby v silnokopu.
· Rozšíření 3D AOI: 3D systémy přidávají analýzu měření výšky, rozlišující mezi přijatelnými pájenými přechody a vadami, jako je nedostatek pájivého materiálu nebo nadbytek pájivého materiálu, které systém 2D AOI může vynechat.

Hlášení vad a opatření

Po analýze systém generuje výsledky pro týmy výroby:
· Klasifikace a označení vad: AOI třídí vady podle závažnosti a označuje jejich přesná umístění na mapě desky. Kritické vady vyvolávají okamžité upozornění.
· Záznam dat a hlášení: Podrobné zprávy z kontroly jsou ukládány, včetně typů vad, jejich umístění a četnosti výskytu. Tato data podporují stopovatelnost a pomáhají inženýrům identifikovat opakující se problémy za účelem optimalizace procesu montáže SMT.
· Zpracování po kontrole: Deska je buď přesměrována na stanici pro opravu vady, nebo předána do další výrobní fáze, pokud nejsou vady zjištěny.

Klíčové aplikační fáze ve výrobě PCBA

AOI je nasazováno na více kontrolních bodech, aby byla zajištěna kompletní kontrola kvality procesu:
· AOI před odlučováním: Zkontroluje přesnost umístění součástek, polaritu a přítomnost před pájením, čímž zabrání vstupu vadných součástek do peci na odlučování.
· AOI po odlučování: Nejběžnější aplikace, kontrola kvality pájených spojů a integrity součástek po reflow pájení.
· AOI po sestavení: Provádí finální kontrolu kompletního tištěného spoje, aby zajistila soulad s návrhem a průmyslovými standardy před dodáním.

Co AOI kontroluje?
Automatizovaná optická inspekce je bezkontaktní nástroj pro kontrolu kvality ve výrobě desek plošných spojů (PCB/PCBA), jehož účelem je detekce povrchových vad porovnáním obrazu desky se vzorovým vzorkem nebo CAD daty. Kontroly zahrnují tři hlavní kategorie v různých fázích výroby:

Vady substrátu desky plošných spojů

Před montáží součástek AOI kontroluje holou desku plošných spojů na strukturální integritu:
· Vady spojovacích drah: Poškrábání, přerušení (rozpojené obvody), zkratované obvody nebo nesprávná šířka drah.
· Problémy s ploškami: Chybějící plošky, nepřesně umístěné plošky, oxidace plošek nebo nerovné povrchy plošek.
· Povrchové vady: Kontaminace, prachové částice, odloupnutí laku na pájení, nebo nesprávné tiskové označení (např. chybná označka součástky).
· Vady otvorů: Nesrovněné přechodové díry, chybějící otvory, nebo příliš velké/malé vrtané otvory.

Vady umístění součástek

Ve fázi před tavením (po montáži součástek, před pájením) AOI ověřuje přesnost součástek:
· Přítomnost/chybění: Chybějící součástky nebo navíc (neplánované) součástky na desce.
· Chyby polohy: Nesrovněné součástky, posunuté umístění, nebo otočení mimo tolerance.
· Problémy s polaritou: Obrácená polarita součástky.
· Nesprávné součástky: Špatný typ dílu, špatná hodnota, nebo nesoulad velikosti pouzdra.
· Vady vývodů: Zvednuté vývody, ohnuté vývody, nebo vývody nepřesednuté na plošky.

Defekty pájených spojů

Ve fázi po tavení (po pájení) se AOI zaměřuje na kvalitu pájení – nejčastější cíl inspekce:
· Nedostatek pájky: Slabé, neúplné spoje, které riskují špatný elektrický kontakt.
· Přebytek pájky: Objemné spoje, které mohou způsobit zkrat.
· Můstky z pájky: Nežádoucí pájené spojení mezi sousedícími ploškami/vodivými drahami.
· Studené pájení: Matný, zrnitý vzhled spojů s nízkou přilnavostí, způsobený nedostatečným ohřevem během reflow pájení.
· Pokřížení (Tombstoning): Naklonění součástky (jeden konec zvednutý z plošky) způsobené nerovnoměrným tavením pájky.
· Kulové útvary z pájky: Malé, volné částice pájky, které mohou způsobit zkrat na hustě osazených deskách plošných spojů.

Konečné kontroly po montáži

U plně sestavených desek plošných spojů provádí AOI kompletní finální kontrolu:
· Celková úplnost montáže a soulad s konstrukčními specifikacemi.
· Poškození součástek během pájení nebo manipulace.
· Dodržování průmyslových norem pro kvalitu pájených spojů a umístění součástek.

Kontroly AOI jsou rychlé, konzistentní a stopovatelné – generují podrobné zprávy o vadách, které pomáhají výrobcům optimalizovat výrobní procesy a snižovat míru výskytu vadných výrobků.

Typy AOI: 2D AOI vs. 3D AOI
Při kontrole kvality desek plošných spojů (PCB/PCBA) se automatická optická inspekce (AOI) primárně dělí na 2D AOI a 3D AOI na základě principů zobrazení a měření. Obě technologie slouží k detekci vad, ale výrazně se liší v přesnosti, aplikačních scénářích a základních schopnostech – zejména u moderních vysoce hustých a miniaturizovaných desek plošných spojů.

2D AOI
Základní princip: Využívá 2D rovinnou zobrazovací technologii, která spoléhá na průmyslové kamery s vysokým rozlišením a osvětlení z více úhlů pro zachycení 2D obrazu povrchu PCB/PCBA. Detekuje vady porovnáním rovinného tvaru, velikosti a barvy součástek, pájecích spojů a spojů s referenčními CAD daty nebo vzorovými vzorky.
Klíčové vlastnosti
· Výhody:
Nízké náklady na zařízení a snadná údržba, vhodné pro malé a střední továrny s základními potřebami kontroly
Rychlá rychlost skenování, ideální pro vysokorychlostní výrobní linky standardních desek plošných spojů.
Účinné pro detekci rovinných vad.
· Omezení:
Zachycuje pouze povrchové rovinné informace, není schopen měřit výšku a objem. Často špatně vyhodnocuje nebo přehlíží vady související s 3D.
Náchylné k falešným poplachům kvůli změnám úhlu osvětlení nebo odlišné barvě komponent.
Méně efektivní u jemnopitchových komponent a desek plošných spojů s vysokou hustotou.
· Typické aplikační scénáře
Inspekce před tavením pájky u desek plošných spojů s nízkou hustotou (kontrola přítomnosti komponent, polarity a posunu umístění).
Inspekce jednoduchých vad pájených spojů na deskách plošných spojů spotřební elektroniky.
Výrobní linky citlivé na náklady se základními požadavky na kvalitu.

3D AOI
Základní princip: Kombinuje 2D rovinné snímání s technologií měření výšky ve 3D (obvykle laserová triangulace nebo skenování strukturovaným světlem). Na povrch desky plošných spojů (PCB/PCBA) je promítán laser nebo strukturované světlo, výpočet 3D souřadnic jednotlivých bodů probíhá analýzou úhlu odrazu a posunutí světla a následně je vytvořen kompletní 3D model desky. Detekce vad vychází z dat o rovinné poloze i výšce/objemu.
Klíčové vlastnosti
· Výhody:
Přesné měření výšky a objemu pájených spojů a kolinearity komponent – eliminace falešných poplachů způsobených omezeními 2D rovinného snímání. Umožňuje přesně identifikovat vady jako nedostatečné množství pájky, nadbytek pájky, tombstoning a nadzvednuté vývody.
Vysoká přesnost detekce u jemnopitchových a složitých komponent, které jsou běžné v elektronice pro automobilový průmysl, lékařské přístroje a letecký a kosmický průmysl.
Podporuje kvantitativní analýzu vad, což umožňuje optimalizaci procesů na základě dat.
· Omezení:
Vyšší náklady na vybavení a delší doba skenování ve srovnání s 2D AOI.
Složitější kalibrace a údržba, vyžadující odborné techniky.
· Typické aplikační scénáře
Inspekce desek plošných spojů s vysokou hustotou a vysokou přesností po procesu refluxního pájení.
Inspekce složitých pájených spojů (BGA, QFN) a miniaturizovaných součástek.
Výrobní linky s přísnými požadavky na kvalitu.

AOI v oblasti DPS a SMT: Klíčové aplikační scénáře
Automatizovaná optická inspekce je nepostradatelným nástrojem kontroly kvality během celého procesu výroby desek plošných spojů a montáže SMT. Díky nasazení na kritických kontrolních bodech výroby umožňuje včasnou detekci vad, snižuje náklady na předělávky a zajišťuje stálou kvalitu výrobků. Níže jsou uvedeny hlavní aplikační scénáře, kategorizované podle výrobní fáze.

Aplikace AOI ve výrobě DPS (inspekce holých desek)
AOI se používá k ověření strukturální integrity holých desek plošných spojů před montáží součástek, s cílem detekovat vady vzniklé během leptání, vrtání a aplikace laku odolného proti pájení.

Kontrola po leptání
· Účel: Zkontrolovat vady spojů, které ovlivňují elektrickou vodivost.
· Detekované vady: Přerušené spoje (přerušené dráhy), zkraty (nežádoucí spojení drah), odchylky šířky drah, nedoleptání/přeleptání a chybějící antipady.
· Výhoda: Včasné odhalení fatálních elektrických vad, čímž se zabrání nákladné předělávce po montáži součástek.

Kontrola po aplikaci laku odolného proti pájení a potisku
· Účel: Ověřit přesnost pokrytí laku odolného proti pájení a tisku potisku.
· Detekované vady: Odlupování laku odolného proti pájení, nesprávně zarovnaná okénka laku, bubliny v lakut odolnému proti pájení, nesprávné popisky potisku a rozmazaný potisk.
· Výhoda: Zajišťuje, že laku odolný proti pájení chrání dráhy před oxidací a potisk usnadňuje následnou montáž součástek a odstraňování problémů.

Kontrola po vrtání/otvorech
· Účel: Kontrola vrtaných otvorů a přechodových kontaktů na mechanickou přesnost.
· Detekované vady: Nesouosé otvory, příliš velké / malé přechodové kontakty, zablokované přechodové kontakty (neúmyslné ucpání) a chybějící přechodové kontakty.
· Význam: Zajišťuje spolehlivé spoje mezi vrstvami u vícevrstvých desek plošných spojů.

Aplikace AOI ve výrobním procesu SMT
SMT je jádrem výroby desek plošných spojů s osazením (PCBA) a systém AOI je nasazen ve třech klíčových fázích pro kontrolu kvality osazení součástek a pájení.

AOI před tepelným zpracováním
· Časování: Po osazení součástek zařízením pro umisťování, před vstupem desky do pájecí pece.
· Účel: Ověření přesnosti umístění součástek před pájením – jedná se o nejekonomičtější bod pro opravu vad.

Detekované vady:
Problémy se součástkami: Chybějící součástky, nadbytečné součástky, nesprávný typ / hodnota součástky, obrácená polarita.
Problémy s umístěním: Posun komponentu, rotace mimo tolerance, zvednuté vývody a komponenty neusazené na pájecích ploškách.
Hodnota: Zabraňuje vstupu vadných desek do pájecího trouby, čímž se snižuje odpad pájky a pracnost oprav.

AOI po pájení
Časování: Ihned po opuštění desky pájecím troubou (nejběžnější scénář AOI ve SMT).
Účel: Kontrola kvality pájených spojů a integrity komponent po pájení.

Detekované vady:
Vady pájených spojů: Můstky (zkraty mezi ploškami), nedostatek pájky, nadbytek pájky, studené pájení (špatná adheze), tombstoning (naklánění komponent), pájecí kuličky.
Poškození komponent: Prasklé pouzdra integrovaných obvodů, ohnuté vývody způsobené vysokou teplotou při reflow pájení a posunuté komponenty.
Hodnota: Zajišťuje, že pájené spoje splňují normy IPC a předchází problémům s bezporuchovostí konečných výrobků.

AOI po sestavení
Časování: Po ručním osazování komponent s vývody (pokud se používá) a funkčním testování.
Účel: Provést kompletní finální kontrolu plně sestaveného tiskového spoje.
Detekované vady: Chybějící prvky pro vyplnění otvorů, nesprávné ruční pájení, poškozené konektory a zbytkový pájecí přípravek nebo kontaminace na povrchu desky.
Hodnota: Slouží jako poslední kvalitní bariéra před odesláním, zajišťující, že k zákazníkům dorazí pouze kvalitní výrobky.

Specializované aplikační scénáře pro vysoce spolehlivé odvětví

Pro odvětví s přísnými požadavky na kvalitu je AOI přizpůsobeno konkrétním potřebám:

· Automobilová elektronika: 3D AOI se používá pro kontrolu tiskových spojů řídicích jednotek motoru (ECU) a systémů ADAS, zaměřující se na koplánárnost pájených spojů a spolehlivost součástek za vysokých teplot.
· Médicínské zařízení: AOI ověřuje tiskové spoje kardiostimulátorů, diagnostických přístrojů atd., zajišťující nulové vady, aby vyhověly požadavkům FDA a norem ISO 13485.
· Letecký a obranný průmysl: Vysokopřesné 3D AOI kontroluje miniaturizované, vysokohustotní tiskové spoje pro leteckou elektroniku, detekující mikrovady, které by mohly způsobit selhání systému v extrémních prostředích.