A.O.I

AOI چیست؟
AOI مخفی از عبارت بازرسی نوری خودکار است، فناوری حیاتی کنترل کیفیت که به طور گسترده در فرآیندهای تولید برد مدار چاپی (PCB) و مونتاژ برد مدار چاپی (PCBA) استفاده می‌شود. این سیستم با استفاده از دوربین‌های با وضوح بالا، سنسور‌های نوری و الگوریتم‌های بینایی ماشین به‌صورت خودکار نقص‌های روی برد مدار را بدون تماس فیزیکی تشخیص می‌دهد.

نحوه عملکرد AOI: فرآیند بازرسی
بازرسی نوری خودکار (AOI) به عنوان یک سیستم کنترل کیفیت بدون تماس و مبتنی بر دید نوری در تولید برد مدار چاپی (PCB/PCBA) عمل می‌کند و از تصاویر با وضوح بالا، الگوریتم‌های هوشمند و مقایسه با نمونه مرجع برای تشخیص نقص‌های سطحی استفاده می‌کند. فرآیند بازرسی آن شامل چهار مرحله اصلی و متوالی است که دقت و سازگاری را در خطوط تولید تضمین می‌کند.

تنظیم و کالیبراسیون پیش از بازرسی
قبل از اسکان کردن برد‌ها، سیستم AOI نیازمند پیکربندی است تا با طراحی خاص PCB/PCBA مورد نظر مطابقت کند:
بارگذاری داده‌های مرجع: فایل طراحی CAD برد هدف را وارد کنید یا از یک نمونه طلایی—بردی تأیید شده بدون نقص—به عنوان معیار بازرسی استفاده کنید. سیستم پارامتر‌های کلیدی را ترسیم می‌کند: موقعیت قطعات، اندازه پد‌ها، اشکال اتصالات لحیمی و چیدمان مسیر‌ها.
کالیبراسیون پارامترهای نوری: شرایط نورپردازی را تنظیم کنید تا انواع مختلف نقص‌ها برجسته شوند. به عنوان مثال، نورپردازی جانبی ارتفاع اتصالات لحیمی را آشکار می‌کند، در حالی که نورپردازی پس‌زمینه (backlighting) شکستگی مسیرهای مدار را تشخیص می‌دهد. فوکوس و وضوح دوربین را کالیبره کنید تا جزئیات دقیق اجزای متراکم یا کوچک‌شده به خوبی ثبت شود.
تنظیم آستانه‌های تحمل: محدوده‌های انحراف قابل قبول برای قرارگیری قطعات، حجم لحیم و قطبیت را تعریف کنید. این کار از هشدارهای کاذب جلوگیری می‌کند و در عین حال اطمینان حاصل می‌کند که نقص‌های مهم شناسایی شوند.

جمع‌آوری تصویر
دستگاه AOI سطح PCB/PCBA را اسکن می‌کند تا داده‌های بصری با کیفیت بالا را ثبت کند:
برد از طریق نوار نقاله خودکار به منطقه بازرسی منتقل می‌شود تا موقعیت‌یابی پایدار فراهم شود.
دوربین‌های صنعتی با سرعت بالا تصاویری از برد را از زوایای مختلف (2 بعدی یا 3 بعدی، بسته به مدل AOI) ثبت می‌کنند. AOI سه‌بعدی از اسکن لیزری برای اندازه‌گیری ارتفاع استفاده می‌کند و امکان تشخیص دقیق‌تر حجم اتصالات لحیمی و موازی‌بودن قطعات (coplanarity) را فراهم می‌آورد.
سیستم تصاویر فردی را به یک نقشه کامل و با وضوح بالا از سطح تمام برد تبدیل می‌کند تا بازرسی جامع انجام شود.

تحلیل تصویر و تشخیص نقص

این مرحله هسته‌ای است که در آن سیستم ناهنجاری‌ها را از طریق مقایسه هوشمند شناسایی می‌کند:
· مقایسه پیکسل به پیکسل: تصویر برد ثبت‌شده با مرجع از پیش بارگذاری‌شده مقایسه می‌شود. الگوریتم تفاوت‌ها در تراکم پیکسل، شکل، موقعیت و رنگ را تحلیل می‌کند.
· شناسایی نقص: انحراف‌هایی که از آستانه تحمل از پیش تنظیم‌شده فراتر روند، به عنوان نقص‌های احتمالی طبقه‌بندی می‌شوند. مشکلات متداول شناسایی‌شده شامل موارد زیر هستند:
· مربوط به قطعات: قطعات گم‌شده، معکوس شدن قطب، عدم تراز بودن یا نوع نادرست قطعات.
· مربوط به لحیم: پل‌های لحیمی، لحیم ناکافی، لحیم سرد یا پدیده تومب‌استونینگ (tombstoning).
· مربوط به برد مدار چاپی (PCB): خراش روی ردیف‌ها، پد گم‌شده یا خطاهای روی لایه سیلک‌اسکرین.
· بهبود AOI سه‌بعدی: سیستم‌های 3D تحلیل اندازه‌گیری ارتفاع را اضافه می‌کنند و بین فیلت‌های مهر واجد شرایط و نقص‌ها مانند مقدار کم جوش یا اضافه جوش که ممکن است توسط AOI دو بعدی از قلم بیافتد، تمایز قائل می‌شوند.

گزارش‌دهی نقص و اقدام

پس از تحلیل، سیستم نتایج قابل اقدامی برای تیم‌های تولید تولید می‌کند:
· طبقه‌بندی و علامت‌گذاری نقص: AOI نقص‌ها را بر اساس شدت آن‌ها دسته‌بندی کرده و محل دقیق آن‌ها را روی نقشه برد مشخص می‌کند. نقص‌های حیاتی هشدار فوری ایجاد می‌کنند.
· ثبت داده‌ها و گزارش‌دهی: گزارش‌های دقیق بازرسی ذخیره می‌شوند که شامل انواع نقص، مکان‌ها و نرخ وقوع آن‌ها می‌شود. این داده‌ها به ردیابی کمک می‌کنند و به مهندسان در شناسایی مشکلات مکرر و بهینه‌سازی فرآیند مونتاژ SMT کمک می‌کنند.
· پردازش پس از بازرسی: برد یا به ایستگاه تعمیر برای رفع نقص هدایت می‌شود یا در صورت عدم تشخیص نقص، به مرحله بعدی تولید ارسال می‌گردد.

مراحل کاربردی کلیدی در تولید PCBA

AOI در چندین نقطه کنترلی استقرار یافته است تا کنترل کیفیت تمام فرآیند را تضمین کند:
· AOI قبل از جریان: دقت قرارگیری، قطبیت و وجود المان‌ها را قبل از لحیم‌کاری بررسی می‌کند و از ورود المان‌های معیوب به اجاق جریان جلوگیری می‌کند.
· AOI پس از جریان: رایج‌ترین کاربرد، که کیفیت اتصالات لحیمی و سلامت المان‌ها را پس از لحیم‌کاری جریانی بررسی می‌کند.
· AOI پس از مونتاژ: بازرسی نهایی از مدار چاپی کامل شده (PCBA) را انجام می‌دهد تا اطمینان حاصل شود که قبل از ارسال، مشخصات طراحی و استانداردهای صنعتی را رعایت کرده است.

AOI چه چیزی را بررسی می‌کند؟
بازرسی اپتیکی خودکار (AOI) یک ابزار کنترل کیفیت بدون تماس در تولید مدارهای چاپی (PCB/PCBA) است که برای تشخیص نقص‌های سطحی با مقایسه تصاویر برد با نمونه‌های استاندارد یا داده‌های CAD طراحی شده است. بررسی‌های آن در سه دسته اصلی در مراحل مختلف تولید انجام می‌شود:

نقص‌های زیرلایه مدار چاپی (PCB)

قبل از مونتاژ المان‌ها، AOI سلامت ساختاری برد خالی PCB را بررسی می‌کند:
· نقص‌های مسی (Trace): خط‌و‌خش، شکستگی (مدار باز)، اتصال کوتاه یا عرض مسی نادرست.
· مشکلات پد: پدهای مفقودشده، پد‌های نامتقارن، اکسید شدن پد یا سطوح ناهموار پد.
· نقص‌های سطحی: آلودگی، ذرات گرد و غبار، جدایی ماسک لحیم، یا چاپ نادرست روی سطح سیلک (مثلاً برچسب‌های اشتباه قطعات).
· نقص‌های سوراخ: ویاس نامتراز، سوراخ‌های مفقود، یا سوراخ‌های درشت‌تر/ریزتر از حد مجاز ایجاد شده با مته.

نقص‌های قرارگیری قطعات

در مرحله پیش از جوش‌دهی (پس از نصب قطعات و قبل از لحیم‌کاری)، بازرسی اتیمی با استفاده از AOI دقت قطعات را تضمین می‌کند:
· وجود/عدم وجود: قطعات مفقود یا قطعات اضافی (غیر برنامه‌ریزی شده) روی برد.
· خطاهای موقعیت‌گیری: قطعات نامتراز، جابجایی در قرارگیری، یا چرخش بیش از حد مجاز.
· مشکلات قطبیت: معکوس بودن قطب قطعات.
· قطعات نادرست: نوع قطعه اشتباه، مقدار اشتباه، یا اندازه بسته‌بندی نامتناسب.
· نقص‌های پایه: پایه‌های بلند شده، خمیده شده، یا پایه‌هایی که به درستی روی پد‌ها قرار نگرفته‌اند.

معایب اتصال لحیم‌کاری

در مرحله پس از جوش‌دهی (پس از لحیم‌کاری)، AOI بر کیفیت لحیم‌کاری تمرکز می‌کند—که شاید شاید هدف بیشتر بازرسی‌ها باشد:
· مقدار کم بیش‌ازحد: اتصالات ضعیف و ناقص که خطر تماس الکتریکی نامناسب را افزایش می‌دهند.
· مقدار زیاد بیش‌ازحد: اتصالات حجیم که ممکن است باعث اتصال کوتاه شوند.
· پل‌های لحیم: اتصالات ناخواسته لحیم بین پدها/ردیف‌های مجاور.
· لحیم سرد: اتصالات کدر و دانه‌دانه با چسبندگی ضعیف که به دلیل گرمای ناکافی در حین فرآیند ذوب مجدد ایجاد می‌شوند.
· قبرنشینی (Tombstoning): کج شدن قطعه (بلند شدن یک سر قطعه از روی پد) به علت ذوب نامساوی لحیم.
· گلوله‌های لحیم: ذرات ریز و پراکنده لحیم که می‌توانند در برد مدار چاپی متراکم باعث اتصال کوتاه شوند.

بررسی‌های نهایی پس از مونتاژ

برای برد مدار چاپی کاملاً مونتاژ شده، دستگاه AOI یک بازرسی جامع نهایی انجام می‌دهد:
· کامل بودن کلی مونتاژ و انطباق با مشخصات طراحی.
· آسیب به قطعات در حین لحیم‌کاری یا دستکاری.
· مطابقت با استانداردهای صنعتی در کیفیت اتصالات لحیم و قرارگیری قطعات.

بررسی‌های AOI سریع، یکنواخت و قابل ردیابی هستند و گزارش‌های دقیقی از نقص‌ها تولید می‌کنند تا به تولیدکنندگان کمک کنند فرآیندهای تولید را بهینه کنند و نرخ خرابی محصولات را کاهش دهند.

انواع بازرسی نوری خودکار: AOI دو بعدی در مقابل AOI سه بعدی
در کنترل کیفیت برد مدار چاپی (PCB/PCBA)، بازرسی نوری خودکار (AOI) عمدتاً بر اساس اصول تصویربرداری و اندازه‌گیری به دو نوع 2D AOI و 3D AOI تقسیم می‌شود. هر دو فناوری برای تشخیص نقص‌ها استفاده می‌شوند اما از نظر دقت، سناریوهای کاربردی و قابلیت‌های اصلی به‌طور قابل توجهی متفاوت هستند—به‌ویژه برای برد‌های مدرن با چگالی بالا و اجزای کوچک‌شده.

2D AOI
اصل اساسی: از فناوری تصویربرداری دو بعدی مسطح استفاده می‌کند و به دوربین‌های صنعتی با وضوح بالا و نوردهی چند زاویه‌ای متکی است تا تصاویر دو بعدی از سطوح برد مدار چاپی (PCB/PCBA) را ثبت کند. این روش نقص‌ها را با مقایسه شکل، اندازه و رنگ مسطح اجزا، اتصالات لحیمی و مسیر‌ها با داده‌های مرجع CAD یا نمونه‌های طلایی تشخیص می‌دهد.
ویژگی‌های کلیدی
· مزایا:
هزینه پایین تجهیزات و نگهداری آسان، مناسب برای کارخانه‌های کوچک و متوسط با نیاز‌های اولیه بازرسی
سرعت اسکن سریع، مناسب برای خطوط تولید با حجم بالا از برد مدار چاپی استاندارد.
موثر در تشخیص نقص‌های صفحه‌ای.
· محدودیت‌ها:
فقط اطلاعات صفحه‌ای سطحی را ثبت می‌کند و قادر به اندازه‌گیری ارتفاع و حجم نیست. اغلب خطاهای مربوط به ابعاد سه‌بعدی را به اشتباه تشخیص می‌دهد یا از قلم می‌اندازد.
تمایل به هشدار کاذب به دلیل تغییر زاویه نور یا تغییرات رنگ مؤلفه‌ها دارد.
برای مؤلفه‌های با گام ریز و برد مدار چاپی با چگالی بالا کمتر موثر است.
· سناریوهای کاربردی متداول
بازرسی قبل از جوشکاری برد مدار چاپی با چگالی پایین (بررسی وجود مؤلفه‌ها، قطبیت و انحراف در قرارگیری).
بازرسی نقص‌های ساده اتصالات لحیم‌کاری در برد مدار چاپی دستگاه‌های الکترونیکی مصرف‌کننده.
خطوط تولید حساس به هزینه با الزامات کیفی پایه.

3D AOI
اصل اساسی: ت 결یب تصویربرداری صفحه‌ای دو بعدی با فناوری اندازه‌گیری ارتفاع سه بعدی (معمولاً مثلث‌بندی لیزری یا اسکن نور ساختاریافته). این سیستم نور لیزری یا نور ساختاریافته را به سطح برد مدار چاپی (PCB/PCBA) می‌تاباند، با تحلیل زاویه بازتابش و جابجایی نور، مختصات سه‌بعدی هر نقطه را محاسبه می‌کند و یک مدل کامل سه‌بعدی از برد را ایجاد می‌کند. تشخیص نقص‌ها بر اساس داده‌های موقعیت صفحه‌ای و همچنین ارتفاع و حجم است.
ویژگی‌های کلیدی
· مزایا:
اندازه‌گیری دقیق ارتفاع، حجم اتصالات لحیمی و هم‌سطح‌بودن قطعات — که باعث حذف هشدار‌های نادرست ناشی از محدودیت‌های دو بعدی می‌شود. این سیستم به‌طور دقیق می‌تواند نقص‌هایی مانند لحیم کم، لحیم زیاد، قطعه قبری (tombstoning) و پایه‌های بلندشده را شناسایی کند.
دقت بالای تشخیص برای قطعات با گام ریز و پیچیده که در الکترونیک خودرو، دستگاه‌های پزشکی و برد‌های هوافضا رایج هستند.
تحلیل کمّی از نقص‌ها را پشتیبانی می‌کند و امکان sig بهینه‌سازی فرآیند مبتنی بر داده را فراهم می‌آورد.
· محدودیت‌ها:
هزینه تجهیزات بالاتر و زمان اسکن طولانی‌تر نسبت به AOI دو بعدی.
کالیبراسیون و نگهداری پیچیده‌تر، نیازمند تکنسین‌های متخصص.
· سناریوهای کاربردی متداول
بازرسی پس از ریفلاو برد مدار چاپی با تراکم و دقت بالا.
بازرسی اتصالات لحیم‌کاری پیچیده (BGA، QFN) و قطعات کوچک‌شده.
خطوط تولید با الزامات سخت‌گیرانه کیفیت.

AOI در مدار چاپی و SMT: سناریوهای کاربردی کلیدی
بازرسی اپتیکال خودکار یک ابزار کنترل کیفیت ضروری در طول فرآیندهای ساخت مدار چاپی و مونتاژ SMT است. این سیستم در نقاط کنترلی حیاتی تولید به کار گرفته می‌شود، باعث شناسایی زودهنگام نقص‌ها، کاهش هزینه‌های بازکاری و حفظ کیفیت ثابت محصول می‌گردد. در ادامه مهم‌ترین سناریوهای کاربردی آن بر اساس مراحل تولید آورده شده است.

کاربردهای AOI در ساخت مدار چاپی (بازرسی برد خام)
AOI برای تأیید یکپارچگی ساختاری برد مدار چاپی خالی قبل از نصب قطعات به‌کار می‌رود و عیوبی را که در حین فرآیندهای خالانی، سوراخ‌کاری و اعمال ماسک لحیم ایجاد می‌شوند، هدف قرار می‌دهد.

بازرسی پس از خالانی
· هدف: بررسی عیوب مسیر‌های مدار که بر اتصال الکتریکی تأثیر می‌گذارند.
· عیوب شناسایی‌شده: مدار باز (مسیر شکسته)، مدار کوتاه (اتصال ناخواسته بین مسیر‌ها)، انحرای عرض مسیر، خالانی کم یا زیاد، و عدم وجود آنتی‌پد.
· ارزش: عیوب الکتریکی جدی که می‌توانند منجر به بازکاری پرهزینه پس از نصب قطعات شوند، در مراحل اولیه شناسایی می‌شوند.

بازرسی پس از اعمال ماسک لحیم و چاپ سیلک اسکرین
· هدف: تأیید دقت پوشش ماسک لحیم و چاپ سیلک اسکرین.
· عیوب شناسایی‌شده: جدایی ماسک لحیم، بازشوهای ماسک لحیم نامترا، حباب در ماسک لحیم، برچسب‌های سیلک اسکرین نادرست و کم‌رنگ یا مخدوش شدن سیلک اسکرین.
· ارزش: تضمین می‌کند که ماسک لحیم مسیر‌ها را در برابر اکسیده‌شدن محافظه کند و سیلک اسکرین در مراحل بعدی قرار دادن قطعات و عیب‌یابی کمک کند.

بازرسی پس از سوراخ‌کاری/ویا
· هدف: بازرسی سوراخ‌های دریل‌شده و ویاها به منظور دقت مکانیکی.
· نقص‌های تشخیص‌داده‌شده: سوراخ‌های نامتقارن، ویاهای بزرگ‌تر یا کوچک‌تر از حد معمول، ویاهای مسدودشده (مسدود شدن غیرمعمول) و ویاهای گم‌شده.
· ارزش: تضمین اتصالات قابل اعتماد بین لایه‌ها در برد مدار چندلایه.

کاربردهای AOI در فرآیند مونتاژ SMT
SMT هسته تولید PCBA است و AOI در سه مرحله کلیدی به کار گرفته می‌شود تا کیفیت قرارگیری قطعات و لحیم‌کاری را پوشش دهد.

AOI قبل از ریفلاو
· زمان‌بندی: پس از نصب قطعات توسط دستگاه‌های پیک-اند-پلیس، قبل از ورود برد به اجاق ریفلاو.
· هدف: بررسی دقت قرارگیری قطعات قبل از لحیم‌کاری — این نقطه، موثرترین مرحله از نظر هزینه برای رفع نقص‌ها است.

نقص‌های تشخیص‌داده‌شده:
مشکلات قطعات: قطعات گم‌شده، قطعات اضافی، نوع یا مقدار نادرست قطعه، قطب معکوس
مشکلات قرارگیری: جابه‌جایی مؤلفه، چرخش بیش از حد مجاز، پایه‌های بلند شده و مؤلفه‌هایی که به درستی روی پد قرار نگرفته‌اند.
ارزش: از ورود برد‌های معیوب به اجاق ریفلاو جلوگیری می‌کند، هدررفت مهر و موم لحیم و همچنین زحمت کار تعمیر و بازکاری را کاهش می‌دهد.

AOI پس از ریفلاو
زمان‌بندی: بلافاصله پس از خروج برد از اجاق ریفلاو (متداول‌ترین سناریوی AOI در SMT).
هدف: بررسی کیفیت اتصالات لحیمی و سلامت مؤلفه‌ها پس از لحیم‌کاری.

نقص‌های تشخیص‌داده‌شده:
نقص‌های اتصال لحیمی: پل لحیمی (اتصال کوتاه بین پد‌ها)، لحیم ناکافی، لحیم اضافی، لحیم سرد (چسبندگی ضعیف)، قبرستان شدن (کج شدن مؤلفه) و گلوله‌های لحیم.
آسیب به مؤلفه: ترک در بدنه ICها، پایه‌های خم شده ناشی از ریفلاو دمای بالا و مؤلفه‌های جابه‌افتاده.
ارزش: اطمینان از اینکه اتصالات لحیمی مطابق استانداردهای IPC هستند و از بروز مشکلات قابلیت اطمینان در محصول نهایی جلوگیری می‌شود.

AOI پس از مونتاژ
زمان‌بندی: پس از نصب دستی مؤلفه‌های سوراخ‌دار (در صورت وجود) و آزمون عملکردی.
هدف: انجام بررسی جامع نهایی مونتاژ کامل برد مدار چاپی (PCBA).
نقص‌های شناسایی‌شده: قطعات عبوری از صفحه (through-hole) گم‌شده، لحیم‌کاری دستی نادرست، اتصالات آسیب‌دیده و باقی‌مانده فلوکس یا آلودگی روی سطح برد.
ارزش: به عنوان آخرین دروازه کنترل کیفیت قبل از ارسال عمل می‌کند و اطمینان حاصل می‌شود که تنها محصولات مورد تأیید به مشتریان می‌رسند.

سناریوهای کاربرد تخصصی برای صنایع با قابلیت اطمینان بالا

برای صنایعی که الزامات سخت‌گیرانه‌ای در زمینه کیفیت دارند، بازرسی AOI متناسب با نیازهای خاص طراحی می‌شود:

· الکترونیک خودرو: aOI سه‌بعدی برای بازرسی برد مدار چاپی (PCBA) واحدهای کنترل موتور (ECU) و سیستم‌های ADAS استفاده می‌شود و بر هم‌سطح‌بودن اتصالات لحیمی و قابلیت اطمینان قطعات در شرایط دمای بالا تمرکز دارد.
· دستگاه‌های پزشکی: AOI برد مدار چاپی (PCBA) دستگاه‌های ضربان‌ساز قلب، تجهیزات تشخیصی و غیره را تأیید می‌کند و اطمینان حاصل می‌شود که هیچ نقصی وجود ندارد تا با استانداردهای FDA و ISO 13485 سازگار باشد.
· هوافضا و دفاع: AOI سه‌بعدی با دقت بالا، برد مدار چاپی (PCBA) کوچک‌شده و با چگالی بالا مورد استفاده در سیستم‌های هوانوردی را بررسی می‌کند و نقص‌های ریزی را شناسایی می‌کند که ممکن است منجر به خرابی سیستم در شرایط شدید شوند.