A.O.I

¿Qué es AOI?

AOI significa Inspección Óptica Automatizada, una tecnología crítica de control de calidad ampliamente utilizada en los procesos de fabricación de PCB y PCBA. Utiliza cámaras de alta resolución, sensores ópticos y algoritmos de visión artificial para detectar automáticamente defectos en placas de circuito sin contacto físico.

Cómo funciona la AOI: El proceso de inspección
La inspección óptica automatizada (AOI) funciona como un sistema de control de calidad sin contacto basado en visión para la fabricación de PCB/PCBA, que depende de imágenes de alta resolución, algoritmos inteligentes y comparación de referencias para detectar defectos superficiales. Su proceso de inspección sigue cuatro pasos principales y secuenciales, garantizando precisión y consistencia en las líneas de producción.

Configuración y calibración previas a la inspección
Antes de escanear las placas, el sistema AOI requiere una configuración para adaptarse al diseño específico del PCB/PCBA:
Cargar datos de referencia: Importar el archivo de diseño CAD de la placa objetivo o utilizar una muestra patrón —una placa verificada y libre de defectos— como referencia para la inspección. El sistema registra parámetros clave: posiciones de los componentes, tamaños de pads, formas de uniones de soldadura y trazados de pistas.
Calibración del parámetro óptico: Ajuste las condiciones de iluminación para resaltar diferentes tipos de defectos. Por ejemplo, la iluminación lateral muestra la altura de las uniones de soldadura, mientras que la iluminación trasera detecta interrupciones en las pistas. Calibre el enfoque y la resolución de la cámara para capturar detalles finos de componentes densos o miniaturizados.
Establecer umbrales de tolerancia: Defina rangos aceptables de desviación para la colocación de componentes, volumen de soldadura y polaridad. Esto evita falsas alarmas al tiempo que garantiza que se identifiquen los defectos críticos.

Adquisición de imágenes
La máquina AOI escanea la superficie del PCB/PCBA para capturar datos visuales de alta calidad:
La placa se transporta al área de inspección mediante una cinta transportadora automatizada, lo que asegura una posición estable.
Cámaras industriales de alta velocidad capturan imágenes de la placa desde múltiples ángulos (2D o 3D, según el modelo de AOI). El AOI 3D utiliza escaneo láser para medir la altura, permitiendo una detección más precisa del volumen de la unión de soldadura y la coplanaridad de los componentes.
El sistema combina imágenes individuales en un mapa completo y de alta resolución de toda la superficie del tablero para una inspección de cobertura total.

Análisis de Imagen y Detección de Defectos

Este es el paso principal en el que el sistema identifica anomalías mediante comparación inteligente:
· Comparación píxel por píxel: La imagen capturada del tablero se compara con la referencia predefinida. El algoritmo analiza diferencias en densidad de píxeles, forma, posición y color.
· Identificación de defectos: Las desviaciones que superan los umbrales de tolerancia preestablecidos se clasifican como defectos potenciales. Los problemas detectados comúnmente incluyen:
· Relacionados con componentes: Piezas faltantes, inversión de polaridad, desalineación o tipos incorrectos de componentes.
· Relacionados con soldadura: Puentes de soldadura, soldadura insuficiente, soldadura fría o efecto tumba (tombstoning).
· Relacionados con el PCB: Arañazos en pistas, pads faltantes o errores en serigrafía.
· Mejora de AOI 3D: Los sistemas 3D añaden análisis de medición de altura, permitiendo distinguir entre filetes de solda aceptables y defectos como solda insuficiente o exceso de solda que podrían pasar desapercibidos en AOI 2D.

Informes de defectos y acciones

Después del análisis, el sistema genera resultados accionables para los equipos de producción:
· Clasificación y marcado de defectos: El AOI clasifica los defectos según su gravedad y marca su ubicación exacta en el mapa del tablero. Los defectos críticos activan alertas inmediatas.
· Registro y generación de informes: Se almacenan informes detallados de inspección, incluyendo tipos de defectos, ubicaciones y tasas de ocurrencia. Estos datos respaldan la trazabilidad y ayudan a los ingenieros a identificar problemas recurrentes para optimizar el proceso de ensamblaje SMT.
· Manejo posterior a la inspección: El tablero se dirige a una estación de reparación para corregir defectos, o pasa a la siguiente etapa de producción si no se detectan defectos.

Etapas clave de aplicación en la producción de PCBA

El AOI se implementa en múltiples puntos de control para garantizar un control de calidad en todo el proceso:
· AOI pre-reflow: Inspecciona la precisión en la colocación de componentes, polaridad y presencia antes de la soldadura, evitando que componentes defectuosos ingresen al horno de reflujo.
· AOI post-reflow: La aplicación más común, verifica la calidad de las uniones de soldadura y la integridad de los componentes después del proceso de soldadura por reflujo.
· AOI post-ensamblaje: Realiza una inspección final del PCBA completo para asegurar que cumpla con los estándares de diseño e industriales antes del envío.

¿Qué verifica el AOI?
La Inspección Óptica Automatizada es una herramienta de control de calidad sin contacto para la fabricación de PCB/PCBA, diseñada para detectar defectos superficiales comparando imágenes del circuito con muestras patrón o datos CAD. Sus verificaciones abarcan tres categorías principales en distintas etapas del proceso productivo:

Defectos en el sustrato del PCB

Antes del ensamblaje de componentes, el AOI inspecciona el PCB desnudo para verificar su integridad estructural:
· Defectos en pistas: Rayones, roturas (circuitos abiertos), cortocircuitos o anchos de pista incorrectos.
· Problemas en pads: Pads faltantes, pads desalineados, oxidación en pads o superficies de pad irregulares.
· Defectos superficiales: Contaminación, partículas de polvo, desprendimiento de la máscara de soldadura o impresión incorrecta de serigrafía (por ejemplo, etiquetas erróneas de componentes).
· Defectos en orificios: Vías desalineadas, orificios faltantes o orificios perforados de tamaño excesivo/insuficiente.

Defectos en la colocación de componentes

En la etapa previa al reflujo (después del montaje de componentes, antes de la soldadura), AOI verifica la precisión de los componentes:
· Presencia/ausencia: Componentes faltantes o componentes adicionales (no planificados) en la placa.
· Errores de posicionamiento: Componentes desalineados, colocación descentrada o rotación fuera de tolerancia.
· Problemas de polaridad: Polaridad invertida de los componentes.
· Componentes incorrectos: Tipo de componente equivocado, valor erróneo o tamaño del encapsulado no coincidente.
· Defectos en terminales: Terminales levantados, terminales doblados o terminales que no se asientan correctamente sobre las pistas.

Defectos en las Uniones de Soldadura

En la etapa posterior al reflujo (después de la soldadura), AOI se centra en la calidad de la soldadura, que es el objetivo de inspección más común:
· Soldadura insuficiente: Uniones débiles e incompletas que conllevan el riesgo de mal contacto eléctrico.
· Exceso de soldadura: Uniones voluminosas que pueden causar cortocircuitos.
· Puentes de soldadura: Conexiones de soldadura no deseadas entre pads o pistas adyacentes.
· Soldadura fría: Uniones opacas y granulosas con poca adherencia, causadas por un calentamiento insuficiente durante el reflujo.
· Tombstoning (levantamiento): Inclinación del componente (un extremo levantado del pad) debido a una fusión desigual de la soldadura.
· Bolas de soldadura: Pequeñas partículas sueltas de soldadura que pueden causar cortocircuitos en PCBs densos.

Verificaciones Finales Post-Ensamblaje

Para PCBA completamente ensamblados, la AOI realiza una inspección final completa:
· Completitud general del ensamblaje y cumplimiento con las especificaciones de diseño.
· Daño a los componentes durante la soldadura o manipulación.
· Cumplimiento con los estándares industriales de calidad en uniones de soldadura y colocación de componentes.

Las verificaciones de AOI son rápidas, consistentes y rastreables, generando informes detallados de defectos para ayudar a los fabricantes a optimizar los procesos de producción y reducir las tasas de fallo de los productos.

Tipos de AOI: AOI 2D vs. AOI 3D
En el control de calidad de PCB/PCBA, la Inspección Óptica Automatizada (AOI) se divide principalmente en AOI 2D y AOI 3D según los principios de imagen y medición. Ambas tecnologías sirven para la detección de defectos, pero difieren significativamente en precisión, escenarios de aplicación y capacidades principales, especialmente para placas de circuito modernas de alta densidad y miniaturizadas.

aOI 2D
Principio básico: Utiliza tecnología de imagen plana 2D, basándose en cámaras industriales de alta resolución e iluminación de múltiples ángulos para capturar imágenes 2D de las superficies de PCB/PCBA. Detecta defectos comparando la forma, tamaño y color planos de componentes, uniones de soldadura y pistas con datos de referencia CAD o muestras patrón.
Las características clave
· Ventajas:
Bajo costo del equipo y fácil mantenimiento, adecuado para fábricas pequeñas y medianas con necesidades básicas de inspección.
Velocidad de escaneo rápida, ideal para líneas de producción de alto volumen de PCB estándar.
Eficaz para detectar defectos planares.
· Limitaciones:
Solo captura información planar superficial, incapaz de medir altura y volumen. A menudo malinterpreta o pasa por alto defectos relacionados con 3D.
Propenso a falsas alarmas debido a cambios en el ángulo de iluminación o variaciones en el color de los componentes.
Menos efectivo para componentes de paso fino y PCB de alta densidad.
· Escenarios típicos de aplicación
Inspección previa al reflujo de PCB de baja densidad (verificación de presencia, polaridad y desviación en la colocación de componentes).
Inspección de defectos simples en uniones de soldadura en PCB de electrónica de consumo.
Líneas de producción sensibles al costo con requisitos básicos de calidad.

3D AOI
Principio fundamental: Combina la imagen planar 2D con la tecnología de medición de altura 3D (generalmente triangulación láser o escaneo de luz estructurada). Proyecta luz láser o luz estructurada sobre la superficie del PCB/PCBA, calcula las coordenadas 3D de cada punto analizando el ángulo de reflexión y el desplazamiento de la luz, y construye un modelo 3D completo del tablero. La detección de defectos se basa tanto en la posición planar como en los datos de altura/volumen.
Las características clave
· Ventajas:
Medición precisa de la altura, volumen de las uniones de soldadura y planicidad de los componentes, eliminando las alarmas falsas causadas por las limitaciones planares 2D. Puede identificar con precisión defectos como soldadura insuficiente, exceso de soldadura, efecto tombstoning y pines levantados.
Alta precisión de detección para componentes de paso fino y complejos, comunes en electrónica automotriz, dispositivos médicos y PCBs aeroespaciales.
Admite análisis cuantitativo de defectos, lo que posibilita la optimización del proceso basada en datos.
· Limitaciones:
Costo de equipo más alto y tiempo de escaneo más largo en comparación con el AOI 2D.
Calibración y mantenimiento más complejos, que requieren técnicos profesionales.
· Escenarios típicos de aplicación
Inspección posterior al reflujo de PCB de alta densidad y alta precisión.
Inspección de uniones soldadas complejas (BGA, QFN) y componentes miniaturizados.
Líneas de producción con requisitos estrictos de calidad.

AOI en PCB y SMT: Escenarios clave de aplicación
La Inspección Óptica Automatizada es una herramienta indispensable de control de calidad en todo el proceso de fabricación de PCB y ensamblaje SMT. Implementada en puntos críticos de producción, permite detectar defectos tempranamente, reduce los costos de reproceso y mantiene una calidad de producto consistente. A continuación se presentan sus principales escenarios de aplicación, clasificados por etapa de producción.

Aplicaciones de AOI en la fabricación de PCB (inspección de placas desnudas)
AOI se utiliza para verificar la integridad estructural de PCBs desnudas antes del montaje de componentes, enfocándose en defectos introducidos durante el grabado, perforación y aplicación de la máscara de soldadura.

Inspección Post-Grabado
· Propósito: Verificar defectos en las pistas que afecten la conectividad eléctrica.
· Defectos detectados: Circuitos abiertos (pistas rotas), cortocircuitos (conexiones no deseadas entre pistas), desviaciones en el ancho de las pistas, sub-grabado/sobre-grabado y ausencia de anti-pads.
· Valor: Detecta defectos eléctricos críticos en una etapa temprana, evitando retrabajos costosos tras el ensamblaje de componentes.

Inspección Post-Máscara de Soldadura y Serigrafía
· Propósito: Verificar la precisión de la cobertura de la máscara de soldadura y la impresión de la serigrafía.
· Defectos detectados: Desprendimiento de la máscara de soldadura, aberturas mal alineadas en la máscara de soldadura, burbujas en la máscara de soldadura, etiquetas incorrectas en la serigrafía y manchas en la serigrafía.
· Valor: Asegura que la máscara de soldadura proteja las pistas contra la oxidación y que la serigrafía facilite el posterior montaje de componentes y la resolución de problemas.

Inspección Post-Perforado/Vías
· Propósito: Inspeccionar agujeros perforados y vías para verificar su precisión mecánica.
· Defectos detectados: Agujeros desalineados, vías de tamaño excesivo/insuficiente, vías tapadas (obstrucción no intencionada) y vías ausentes.
· Valor: Garantiza conexiones intercapa confiables en PCBs de múltiples capas.

Aplicaciones de AOI en el proceso de ensamblaje SMT
SMT es el núcleo de la producción de PCBA, y AOI se implementa en tres etapas clave para cubrir la colocación de componentes y la calidad de la soldadura.

AOI Pre-reflow
· Momento: Después de que las máquinas de colocación montan los componentes, antes de que la placa entre en el horno de reflow.
· Propósito: Verificar la precisión en la colocación de componentes antes de la soldadura; este es el punto de control más económico para corregir defectos.

Defectos detectados:
Problemas con componentes: Componentes faltantes, componentes adicionales, tipo/valor incorrecto de componente, polaridad invertida.
Problemas de colocación: Desviación del componente, rotación fuera de tolerancia, terminaciones levantadas y componentes no asentados sobre las almohadillas.
Valor: Evita que placas defectuosas ingresen al horno de reflujo, reduciendo el desperdicio de soldadura y la mano de obra de retrabajo.

AOI post-reflujo
Momento: Inmediatamente después de que la placa sale del horno de reflujo (el escenario AOI más utilizado en SMT).
Propósito: Inspeccionar la calidad de las uniones de soldadura y la integridad de los componentes tras la soldadura.

Defectos detectados:
Defectos en soldadura: Puentes de soldadura (circuitos cortos entre almohadillas), soldadura insuficiente, exceso de soldadura, soldadura fría (mala adherencia), efecto de tumba (inclinação del componente) y bolitas de soldadura.
Daño en componentes: Cuerpos de circuitos integrados agrietados, terminaciones dobladas por el reflujo a alta temperatura y componentes desplazados.
Valor: Garantiza que las uniones de soldadura cumplan con los estándares IPC y previene problemas de confiabilidad en los productos finales.

AOI post-ensamblaje
Momento: Después de la inserción manual de componentes de orificio pasante (si aplica) y pruebas funcionales.
Propósito: Realizar una verificación final completa del PCBA completamente ensamblado.
Defectos detectados: Componentes de orificio pasante faltantes, soldadura manual incorrecta, conectores dañados y residuos de flux o contaminación en la superficie de la placa.
Valor: Actúa como la última puerta de control de calidad antes del envío, asegurando que solo productos calificados lleguen a los clientes.

Escenarios de aplicación especializados para industrias de alta confiabilidad

Para industrias con requisitos estrictos de calidad, la AOI se adapta a necesidades específicas:

· Electrónica automotriz: la AOI 3D se utiliza para inspeccionar PCBA de unidades de control electrónico (ECU) y sistemas ADAS, centrándose en la coplanaridad de las uniones de soldadura y la fiabilidad de los componentes bajo condiciones de alta temperatura.
· Dispositivos médicos: La AOI verifica PCBA para marcapasos, equipos de diagnóstico, etc., asegurando cero defectos para cumplir con los estándares de la FDA e ISO 13485.
· Aeronáutica y Defensa: La AOI 3D de alta precisión inspecciona PCBA miniaturizados y de alta densidad para aviónica, detectando microdefectos que podrían causar fallos del sistema en entornos extremos.