A.O.I

Mikä AOI on?

AOI tarkoittaa automaattista optista tarkastusta, joka on keskeinen laadunvalvontateknologia, jota käytetään laajasti PCB- ja PCBA-valmistusprosesseissa. Se käyttää korkearesoluutioisia kameroita, optisia antureita ja koneen näköalgoritmeja havaitakseen puutteet piireistä ilman fyysistä kosketusta.

Kuinka AOI toimii: Tarkastusprosessi
Automaattinen optinen tarkastus (AOI) toimii koskettamattomana, kuvapohjaisena laaduntarkkailujärjestelmänä PCB-/PCBA-valmistuksessa, ja se perustuu korkean resoluution kuvaamiseen, älykkäisiin algoritmeihin ja vertailuun viitemallin kanssa pinnan virheiden havaitsemiseksi. Tarkastusprosessi noudattaa neljää keskeistä, peräkkäistä vaihetta, mikä varmistaa tarkkuuden ja johdonmukaisuuden tuotantolinjoilla.

Esitarkastusasetus ja kalibrointi
Ennen levyjen skannaamista AOI-järjestelmä on määritettävä vastaamaan tietyn PCB-/PCBA-suunnittelun vaatimuksia:
Lataa viitedata: Tuodaan kohteen levyn CAD-suunnittelu tai käytetään viitteenä vahvistettua virheetöntä levyä (”golden sample”) tarkastuksen vertailuperustana. Järjestelmä kartoittaa keskeiset parametrit: komponenttien sijainnit, liitospalojen koot, juotesolujen muodot ja jälkien asettelut.
Optinen parametrien kalibrointi: Säädä valaistusoloja korostamaan eri tyyppejä vikoja. Esimerkiksi sivuvalaistus paljastaa juotosliitosten korkeuden, kun taas takavalaistus havaitsee jälkien katkeamiset. Kalibroi kameran tarkennus ja resoluutio saadaksesi kiinni tiheiden tai miniatyurisoitujen komponenttien hienoista yksityiskohdista.
Aseta sallitut poikkeamarajat: Määritä hyväksyttävät poikkeamarajat komponenttien asennolle, juotosmäärälle ja napaisuudelle. Tämä estää vääriä hälytyksiä samalla varmistaen, että kriittiset viat havaitaan.

Kuvien kerääminen
AOI-kone skannaa PCB-/PCBA-pinnan kerätäkseen korkealaatuista kuvadataa:
Levy siirretään tarkastusalueelle automatisoidun kuljetinhihnan avulla, mikä varmistaa vakaa asennon.
Korkean nopeuden teollisuuskamerat ottavat kuvia levystä useista kulmista (2D tai 3D, AOI-mallin mukaan). 3D-AOI käyttää laseria skannaamaan korkeutta, mikä mahdollistaa tarkan arvion juotosliitosten tilavuudesta ja komponenttien samatasoisuudesta.
Järjestelmä yhdistää yksittäiset kuvat kattavaksi, korkearesoluutioiseksi kartaksi koko levyn pinnasta täydellistä tarkastusta varten.

Kuva-analyysi ja vian havaitseminen

Tämä on keskeinen vaihe, jossa järjestelmä tunnistaa poikkeamat älykkäässä vertailussa:
· Pikseli pikkeliltä -vertailu: Kaapitun levyn kuvaa verrataan ennakkoon ladattuun vertailukuvaan. Algoritmi analysoi eroja pikselien tiheydessä, muodossa, sijainnissa ja väreissä.
· Vian tunnistaminen: Poikkeamat, jotka ylittävät esiasetetut toleranssirajat, luokitellaan mahdollisiksi vioiksi. Yleisiä havaittuja ongelmia ovat:
· Komponenttikohtaiset: Puuttuvat osat, napaisuuden kääntäminen, epätarkkuudet sijoittelussa tai väärät komponenttityypit.
· Juotinkohtaiset: Juotinsillat, riittämätön juotin, kylmä juotin tai tombstoning.
· PCB-kohtaiset: Jäljet naarmutuksissa, puuttuvat napit tai silkkitulosteviat.
· 3D AOI-parannus: 3D-järjestelmät lisäävät korkeusanalyysin, jolla erotellaan hyväksyttävät juotosfilletit puutteellisesta juotoksesta tai liiallisesta juotoksesta, joita 2D AOI saattaa jättää huomaamatta.

Virheilmoitus ja toimet

Analyysin jälkeen järjestelmä tuottaa käytännönläheisiä tuloksia tuotantotiimeille:
· Virheluokitus ja merkkaus: AOI-laitteisto luokittelee virheet vakavuuden mukaan ja merkitsee niiden tarkan sijainnin piirilevykarttaan. Kriittiset virheet aiheuttavat välittömät hälytykset.
· Tietojen tallennus ja raportointi: Yksityiskohtaiset tarkastusraportit tallennetaan, mukaan lukien virhetyypit, sijainnit ja esiintymistiheydet. Nämä tiedot tukevat jäljitettävyyttä ja auttavat insinöörejä tunnistamaan toistuvia ongelmia SMT-asemointiprosessin optimoimiseksi.
· Tarkastuksen jälkeinen käsittely: Piirilevy joko ohjataan korjausasemalle virheiden korjaamiseksi tai se siirtyy seuraavaan tuotantovaiheeseen, jos virheitä ei havaita.

Keskeiset sovellusvaiheet PCBA-tuotannossa

AOI otetaan käyttöön useissa tarkastuspisteissä varmistaakseen koko prosessin laadunvalvonnan:
· Ennen reflow-jäähdytystä AOI: Tarkistaa komponenttien asennon tarkkuuden, polarisuuden ja läsnäolon ennen juotosta, estäen viallisia komponentteja pääsemästä reflow-uuniin.
· Reflow-jäähdytyksen jälkeen AOI: Yleisin sovellus, tarkistaa juotosliittojen laatu ja komponenttien eheyden reflow-juotostaprosessin jälkeen.
· Kokoonpannun jälkeen AOI: Suorittaa lopullisen tarkastuksen valmiista PCBA:sta varmistaakseen, että se täyttää suunnittelu- ja teollisuusstandardit ennen toimitusta.

Mitä AOI tarkistaa?
Automaattinen optinen tarkastus (AOI) on koskettomaton laadunvalvontatyökalu PCB/PCBA-valmistukseen, joka on suunniteltu havaitsemaan pinnallisia vikoja vertaamalla kuvia kultaisiin näytteisiin tai CAD-tietoihin. Sen tarkastukset kattavat kolme keskeistä kategoriaa eri tuotantovaiheissa:

PCB-substraattiviat

Ennen komponenttien asennusta AOI tarkistaa paljaan PCB:n rakenteellisen eheyden:
· Jälkiviat: Naarmut, katkot (avoin piiri), oikosulut tai virheelliset jäljen leveydet.
· Pinnan ongelmat: Puuttuvat padit, epätasaiset padit, padin hapettuminen tai epätasainen padin pinta.
· Pintavirheet: Saastuminen, pölyhiukkaset, juotosuojakerroksen irtoaminen tai väärä tulostus silkkipainossa (esim. väärät komponenttien merkinnät).
· Reikävirheet: Epätarkat vias, puuttuvat reiät tai liian suuret/pienet poratut reiät.

Komponenttien asennusvirheet

Ennen uunia (komponenttien asennuksen jälkeen, ennen juotosta), AOI tarkistaa komponenttien tarkkuuden:
· Eksistenssi/puuttuminen: Puuttuvat komponentit tai ylimääräiset (suunnittelemattomat) komponentit levyltä.
· Asemointivirheet: Epätarkasti asennoitut komponentit, siirtynyt asento tai kierretty sallittua toleranssia enemmän.
· Polariteettiongelmia: Väärässä asennossa olevien komponenttien napaisuus.
· Väärät komponentit: Väärä komponenttityyppi, väärä arvo tai epäsoviva pakkauskoko.
· Jalkavirheet: Nostettuja jalkoja, taivutettuja jalkoja tai jalkoja, jotka eivät ole asianmukaisesti istuut paikoilleen.

Juotosliitännän virheet

Uunin jälkeen (juotoksen jälkeen), AOI keskittyy juotoksen laatuun—tärkeimpään tarkastuskohteeseen:
· Liian vähän juotetta: Heikot, epäkohdaltaiset liitokset, jotka saattavat aiheuttaa huonon sähkökontaktin.
· Liiallinen juotteen määrä: Tilavat liitokset, jotka voivat aiheuttaa oikosulkuja.
· Juoteliitokset: Epätoivottuja juotesiltoja vierekkäisten padojen/jälkien välillä.
· Kylmäjuotokset: Tummat, rakeiset liitokset heikolla tarttumisella, joita aiheutuu riittämättömästä lämmityksestä uudelleenliuotuksessa.
· Hautakivi-ilmiö (tombstoning): Komponentin kallistuminen (toinen pää nousee padilta) epätasaisen juotteen sulamisen vuoksi.
· Juotehelmet: Pienet, hajallaan olevat juotepartikkelit, jotka voivat aiheuttaa oikosulkuja tiheissä piireissä.

Kokoonpanon jälkeiset lopulliset tarkastukset

Valmiille kokoonpantu PCBA:lle AOI suorittaa kattavan lopullisen tarkastuksen:
· Kokoonpanon täydellisyys ja yhteensopivuus suunnittelumääritysten kanssa.
· Komponenttien vaurioituminen juottamisen tai käsittelyn aikana.
· Yhteensopivuus teollisuuden standardien kanssa juotesiteiden ja komponenttien asennon laadussa.

AOI-tarkastukset ovat nopeita, johdonmukaisia ja jäljitettäviä – ne tuottavat yksityiskohtaisia vikaraportteja, jotka auttavat valmistajia optimoimaan tuotantoprosesseja ja vähentämään tuotevian määriä.

AOI:n tyypit: 2D AOI vs. 3D AOI
PCB-/PCBA-laadunvalvonnassa automaattinen optinen tarkastus (AOI) jaetaan pääasiassa kahteen tyyppiin – 2D AOI ja 3D AOI – kuvaus- ja mittaustekniikan perusteella. Molemmat teknologiat palvelevat vikojen havaitsemista, mutta niiden tarkkuus, käyttökohteet ja keskeiset ominaisuudet eroavat merkittävästi, erityisesti nykyaikaisten tiheästi rakennettujen, miniatyrisoitujen piirilevyjen osalta.

2D AOI
Periaate: Käyttää 2D-tasokuvausta, jossa korkearesoluutioisia teollisia kameroita ja monikulmaista valaistusta hyödynnetään PCB-/PCBA-pinnan 2D-kuvien ottamiseen. Se tunnistaa virheet vertaamalla komponenttien, juotoksien ja johdinten tasomaisia muotoja, kokoja ja värejä viitemallien CAD-tietoihin tai referenssinäytteisiin.
Avainominaisuudet
· Edut:
Alhainen laitteiston hinta ja helppo huollettavuus, sopii pienille ja keskisuurille tehtaille, joilla on perustarpeet tarkastuksessa
Nopea skannausnopeus, ihanteellinen suurtilavuisten tuotantolinjojen standardi-PCB:lle.
Tehokas tasomaisien vikojen havaitsemisessa.
· Rajoitukset:
Kerot vain pintatason tasotiedot, ei pysty mittaamaan korkeutta ja tilavuutta. Se usein arvioi väärin tai jättää huomaamatta 3D-liittyviä vikoja.
Altis vääriin hälytyksiin valaistuskulman muutosten tai komponenttien värimuutosten vuoksi.
Vähemmän tehokas pienipisteisten komponenttien ja tiheästi aseteltujen PCB:ien kohdalla.
· Tyypilliset käyttöskenaariot
Ennen uudelleenlämpenemistä tehtävä tarkastus alhaisen tiheyden PCB:issä (komponenttien läsnäolon, napaisuuden ja asennuspoikkeaman tarkistus).
Yksinkertaisten juotosliitosten vikojen tarkastus kuluttajaelektroniikan piireissä.
Kustannusarvokkaat tuotantolinjat, joilla on peruslaatua vaativia vaatimuksia.

3D AOI
Periaate: Yhdistää 2D-tasokuvauksen ja 3D-korkeusmittaustekniikan (yleensä laserikolmioinnin tai rakenteisen valon skannauksen). Se projisoi laser- tai rakenteista valoa PCB/PCBA-pinnalle, laskee jokaisen pisteen 3D-koordinaatit analysoimalla valon heijastuskulman ja siirtymän, ja muodostaa koko levystä täydellisen 3D-mallin. Virheiden tunnistus perustuu sekä tasoon että korkeuteen/tilavuuteen.
Avainominaisuudet
· Edut:
Tarkka mittojen mittaaminen juotesiteistä, tilavuudesta ja komponenttien samatasoisuudesta – poistaa väärät hälytykset, jotka johtuvat 2D-tason rajoituksista. Se voi tarkasti tunnistaa virheitä, kuten riittämätön juote, liiallinen juote, hautakivi-ilmiö (tombstoning) ja nostetut johdot.
Korkea havaintotarkkuus pienillä jakojen ja monimutkaisilla komponenteilla, jotka ovat yleisiä autoteollisuuden elektroniikassa, lääkintälaitteissa ja avaruustekniikan piireissä.
Tukee vikojen määrällistä analyysiä, mikä mahdollistaa datan avulla ohjatun prosessioptimoinnin.
· Rajoitukset:
Korkeammat laitteiston kustannukset ja pidempi skannausaika verrattuna 2D AOI:hin.
Monimutkaisempi kalibrointi ja huolto, vaatii ammattitaitoisia teknikoita.
· Tyypilliset käyttöskenaariot
Reflow-työstön jälkeinen tarkastus korkean tiheyden ja tarkan tarkkuuden PCB:ltä.
Monimutkaisten juotosten (BGA, QFN) ja miniatyurisoitujen komponenttien tarkastus.
Tuotantolinjat, joilla on tiukat laatuvaatimukset.

AOI piireissä ja SMT:ssä: Avaintilanteet
Automaattinen optinen tarkastus on välttämätön laadunvalvontatyökalu koko piirilevyn valmistus- ja SMT-asennusprosessin ajan. Sitä käytetään keskeisissä tuotantotarkistuspisteissä varmistaakseen virheiden varhaisen havaitsemisen, vähentää uudelleenhuollon kustannuksia ja ylläpitää johdonmukaista tuotelaatua. Alla ovat sen keskeiset käyttötapaukset tuotantovaiheittain luokiteltuna.

AOI-sovellukset piirilevyjen valmistuksessa (pelkän levyn tarkastus)
AOI:tä käytetään paljaiden PCB:ien rakenteellisen eheyden varmistamiseen komponenttien asennuksen jälkeen, ja se keskittyy vikoihin, jotka syntyvät syövytyksen, porauksen ja juotosuojakerroksen levityksen aikana.

Syövytyksen jälkeinen tarkastus
· Tarkoitus: Tarkistaa johdinratojen viat, jotka vaikuttavat sähköiseen kytkentään.
· Havaitut viat: Katkenneet piiriradat (avoin piiri), oikosulut (epätoivottu yhteys johdinradoilla), johdinrataleveyden poikkeamat, alivyöryminen/ylivöyräys, sekä puuttuvat anti-padit.
· Arvo: Paljastaa vakavia sähköisiä vikoja varhain, mikä estää kalliin uudelleenhuollon komponenttien asennuksen jälkeen.

Tarkastus juotosuojakerroksen ja silkkikalvopainatuksen jälkeen
· Tarkoitus: Varmistaa juotosuojakerroksen peittävyyden ja silkkikalvopainatuksen tarkkuuden.
· Havaitut viat: Juotosuojakerroksen irtoaminen, väärin asennetut juotosuojaukset, juotosuojakerroksen kuplat, virheelliset silkkikalvotulosteet ja sumentuneet silkkikalvotulosteet.
· Arvo: Takailee, että juotosuojakerros suojaa johdinratoja hapettumiselta ja että silkkikalvotuloste auttaa myöhemmässä komponenttiasennuksessa ja vianetsinnässä.

Porauksen/viapisteiden tarkastus
· Tarkoitus: Tarkistaa poratut reiät ja viat mekaanisen tarkkuuden osalta.
· Havaitut virheet: Epätasapainoiset reiät, liian isot/liian pienet viat, tukkeutuneet viat (tarkoitukseton tukkous) ja puuttuvat viat.
· Arvo: Takaa luotettavat kerrosten väliset yhteydet monikerroksisissa PCB-piireissä.

AOI-sovellukset SMT-asennusprosessissa
SMT on PCBA-tuotannon ydin, ja AOI otetaan käyttöön kolmessa keskeisessä vaiheessa komponenttien asennuksen ja juotoksen laadun varmistamiseksi.

Ennen uudelleenjuottamista (Pre-Reflow) -AOI
· Ajoitus: Sen jälkeen, kun pick-and-place -koneet ovat asentaneet komponentit, ennen kuin levy menee uudelleenjuottouuniin.
· Tarkoitus: Varmistaa komponenttien asennustarkkuus ennen juottamista – tämä on kustannustehokkain tarkastuspiste vikojen korjaamiseen.

Havaitut virheet:
Komponenttiviat: Puuttuvat komponentit, ylimääräiset komponentit, väärä komponenttityyppi/arvo, väärä napaisuus.
Asetusongelmat: Komponentin siirtymä, kierros yli sallitun toleranssin, nostetut johdot ja komponentit, jotka eivät ole istuksissaan padien päällä.
Arvo: Vältetään virheellisten levyjen pääsy reflow-uuniin, mikä vähentää juotosjätettä ja korjaustyön vaatimaa työpanosta.

Post-Reflow AOI
Ajoitus: Heti kun levy poistuu reflow-uunista (yleisimmin käytetty AOI-tilanne SMT-prosessissa).
Tarkoitus: Tarkastaa juoteliitosten laatu ja komponenttien eheyden juottamisen jälkeen.

Havaitut virheet:
Juoteliitosvirheet: Juotesillat (oikosulut padien välillä), riittämätön juotos, liiallinen juotos, kylmäjuote (huono tartunta), tombstoning (komponentin kallistuminen) ja juotepallot.
Komponenttivauriot: Halkeillut IC-kotelot, taipuneet johdot korkean lämpötilan reflow-prosessin aiheuttamina sekä siirtyneet komponentit.
Arvo: Varmistaa, että juoteliitokset täyttävät IPC-standardit ja estää luotettavuusongelmat lopputuotteissa.

Post-Assembly AOI
Ajoitus: Manuaalisen läpivientikomponenttien asennuksen jälkeen (jos sovellettavissa) ja toimintatestauksen jälkeen.
Tarkoitus: Suorittaa kattava lopullinen tarkastus täysin koottuun PCBA:han.
Havaitut virheet: Puuttuvat läpivientikomponentit, virheellinen käsikytkentä, vaurioituneet liittimet ja jäämäsuola tai saasteet levyn pinnalla.
Arvo: Toimii viimeisenä laatuporttina ennen toimitusta, varmistaen että vain hyväksytyt tuotteet pääsevät asiakkaille.

Erityissovellustilanteet korkean luotettavuuden aloilla

Tiukkoja laatukriteerejä noudattavilla aloilla AOI-menetelmä räätälöidään erityistarpeisiin:

· Auton elektroniikka: 3D-AOI:tä käytetään moottorinohjausyksiköiden (ECU) ja ADAS-järjestelmien PCBA:n tarkastamiseen keskittyen juotesiteiden samatasoisuuteen ja komponenttien luotettavuuteen korkeissa lämpötiloissa.
· Lääketieteelliset laitteet: AOI varmistaa sydämentahdistinten, diagnostiikkalaitteiston ym. PCBA:n virheettömyyden noudattaakseen FDA- ja ISO 13485 -standardeja.
· Ilmailu ja puolustus: Korkean tarkkuuden 3D-AOI tarkistaa pienikokoisia, tiheästi asennettuja PCBA:ita lentokoneiden elektroniikassa havaiten mikrovirheitä, jotka voivat aiheuttaa järjestelmän epäonnistumisen ääriolosuhteissa.