A.O.I

Qu'est-ce que l'AOI ?

L'AOI signifie Inspection Optique Automatisée, une technologie critique de contrôle de qualité largement utilisée dans les processus de fabrication de PCB et de PCBA. Elle utilise des caméras haute résolution, des capteurs optiques et des algorithmes de vision industrielle pour détecter automatiquement les défauts sur les cartes de circuit sans contact physique.

Fonctionnement de l'AOI : Le processus d'inspection
L'inspection optique automatisée (AOI) fonctionne comme un système de contrôle qualité non-contact basé sur la vision, utilisé dans la fabrication de PCB/PCBA, s'appuyant sur des images haute résolution, des algorithmes intelligents et une comparaison de référence pour détecter les défauts de surface. Son processus d'inspection suit quatre étapes principales et séquentielles, garantissant précision et cohérence sur les lignes de production.

Configuration et calibration préalables à l'inspection
Avant de numériser les cartes, le système AOI doit être configuré pour correspondre au design spécifique du PCB/PCBA :
Charger les données de référence : importer le fichier de conception CAO de la carte cible ou utiliser un échantillon dit « golden » — une carte vérifiée et sans défaut — comme référence pour l'inspection. Le système cartographie les paramètres clés : positions des composants, dimensions des pastilles, formes des soudures et tracés des pistes.
Étalonnage des paramètres optiques : Ajuster les conditions d'éclairage pour mettre en évidence différents types de défauts. Par exemple, un éclairage latéral révèle la hauteur des soudures, tandis qu'un rétroéclairage détecte les ruptures des pistes. Étalonner la mise au point et la résolution de la caméra afin de capturer les détails fins des composants denses ou miniaturisés.
Définition des seuils de tolérance : Spécifier les plages de déviation acceptables pour le positionnement des composants, le volume de soudure et la polarité. Cela permet d'éviter les fausses alertes tout en garantissant que les défauts critiques soient signalés.

Acquisition d'images
La machine AOI analyse la surface du PCB/PCBA afin de capturer des données visuelles de haute qualité :
La carte est transportée vers la zone d'inspection par un convoyeur automatisé, assurant une position stable.
Des caméras industrielles haute vitesse capturent des images de la carte sous plusieurs angles (2D ou 3D, selon le modèle AOI). L'AOI 3D utilise un balayage laser pour mesurer la hauteur, permettant une détection plus précise du volume des soudures et de la coplanéité des composants.
Le système assemble des images individuelles en une carte complète et haute résolution de toute la surface du circuit imprimé pour un contrôle de couverture totale.

Analyse d'images et détection de défauts

Il s'agit de l'étape principale où le système identifie les anomalies par comparaison intelligente :
· Comparaison pixel par pixel : L'image capturée du circuit est comparée à la référence préchargée. L'algorithme analyse les différences en densité de pixels, forme, position et couleur.
· Identification des défauts : Les écarts dépassant les seuils de tolérance prédéfinis sont classés comme des défauts potentiels. Les problèmes détectés courants incluent :
· Liés aux composants : Pièces manquantes, inversion de polarité, mauvais alignement ou types de composants incorrects.
· Liés au brasure : Ponts de brasure, brasure insuffisante, brasure froide ou effet tombstone.
· Liés au PCB : Rayures sur les pistes, pastilles manquantes ou erreurs d'impression sérigraphique.
· Amélioration de l'AOI 3D : les systèmes 3D ajoutent une analyse de mesure de hauteur, permettant de distinguer entre des cordons de soudure acceptables et des défauts tels qu'un manque ou un excès de soudure que l'AOI 2D pourrait manquer.

Signalement des défauts et actions

Après analyse, le système génère des résultats exploitables pour les équipes de production :
· Classification et signalement des défauts : l'AOI classe les défauts par niveau de gravité et indique leur emplacement exact sur la carte du circuit. Les défauts critiques déclenchent des alertes immédiates.
· Journalisation et rapport : des rapports d'inspection détaillés sont stockés, incluant les types de défauts, leurs emplacements et leurs fréquences d'apparition. Ces données assurent la traçabilité et aident les ingénieurs à identifier les problèmes récurrents afin d'optimiser le processus d'assemblage SMT.
· Traitement post-inspection : la carte est soit dirigée vers un poste de réparation pour correction des défauts, soit transmise à l'étape suivante de production si aucun défaut n'est détecté.

Étapes clés d'application dans la production PCBA

L'AOI est utilisée à plusieurs points de contrôle pour garantir une maîtrise qualité sur l'ensemble du processus :
· AOI pré-reflow : Vérifie la précision du positionnement des composants, la polarité et la présence avant la soudure, empêchant ainsi les composants défectueux d'entrer dans le four de refusion.
· AOI post-reflow : Application la plus courante, vérifiant la qualité des soudures et l'intégrité des composants après la soudure en refusion.
· AOI post-assemblage : Effectue une inspection finale du PCBA complet afin de garantir qu'il respecte les normes de conception et industrielles avant l'expédition.

Qu'est-ce que l'AOI vérifie ?
L'inspection optique automatisée est un outil de contrôle qualité sans contact utilisé dans la fabrication de PCB/PCBA, conçu pour détecter les défauts de surface en comparant les images du circuit avec des échantillons de référence ou des données CAO. Ses contrôles couvrent trois catégories principales à différents stades de production :

Défauts du substrat PCB

Avant l'assemblage des composants, l'AOI inspecte le PCB nu pour en vérifier l'intégrité structurelle :
· Défauts des pistes : Rayures, coupures (circuits ouverts), courts-circuits ou largeurs de piste incorrectes.
· Problèmes des pastilles : Pastilles manquantes, mal alignées, oxydées ou aux surfaces inégales.
· Défauts de surface : contamination, particules de poussière, décollement du masque de soudure ou impression sérigraphique incorrecte (par exemple, étiquettes de composants erronées).
· Défauts de perçage : vias mal alignés, trous manquants ou trous percés de taille excessive/insuffisante.

Défauts de placement des composants

À l'étape pré-refusion (après le montage des composants, avant la soudure), l'AOI vérifie la précision des composants :
· Présence/absence : composants manquants ou composants supplémentaires (non planifiés) sur le circuit.
· Erreurs de positionnement : composants mal alignés, placement décalé ou rotation au-delà de la tolérance autorisée.
· Problèmes de polarité : polarité inversée des composants.
· Composants incorrects : type de pièce erroné, valeur erronée ou taille de boîtier inadaptée.
· Défauts de broches : broches soulevées, broches tordues ou broches mal positionnées sur les pastilles.

Défauts des soudures

À l'étape post-refusion (après la soudure), l'AOI se concentre sur la qualité du joint de soudure — l'élément d'inspection le plus courant :
· Soudure insuffisante : joints faibles et incomplets qui risquent de provoquer un mauvais contact électrique.
· Excès de soudure : joints volumineux pouvant provoquer des courts-circuits.
· Ponts de soudure : connexions de soudure indésirables entre des pastilles/pistes adjacentes.
· Soudure froide : joints ternes et granuleux avec une faible adhérence, causés par un chauffage insuffisant pendant le refusion.
· Effet tombstone : basculement du composant (une extrémité soulevée de la pastille) dû à une fusion inégale de la soudure.
· Billes de soudure : petites particules de soudure errantes pouvant provoquer des courts-circuits sur des cartes PCB denses.

Contrôles finaux après assemblage

Pour les cartes PCBA entièrement assemblées, l'AOI effectue une inspection finale complète :
· Complétude générale de l'assemblage et conformité aux spécifications de conception.
· Dommages aux composants survenus lors du soudage ou de la manipulation.
· Conformité aux normes industrielles relatives à la qualité des soudures et du positionnement des composants.

Les contrôles par AOI sont rapides, constants et traçables — générant des rapports détaillés sur les défauts afin d'aider les fabricants à optimiser leurs processus de production et à réduire les taux de défaillance des produits.

Types d'AOI : AOI 2D contre AOI 3D
Dans le contrôle qualité des PCB/PCBA, l'inspection optique automatisée (AOI) est principalement divisée en AOI 2D et AOI 3D selon les principes d'imagerie et de mesure. Ces deux technologies permettent la détection de défauts mais diffèrent sensiblement par leur précision, leurs scénarios d'application et leurs fonctionnalités principales, notamment pour les cartes électroniques modernes haute densité et miniaturisées.

aOI 2D
Principe fondamental : utilise une technologie d'imagerie planaire 2D, s'appuyant sur des caméras industrielles haute résolution et un éclairage multi-angle pour capturer des images 2D des surfaces de PCB/PCBA. Elle détecte les défauts en comparant la forme, la taille et la couleur en deux dimensions des composants, des soudures et des pistes avec des données CAD de référence ou des échantillons standards.
Caractéristiques principales
· Avantages :
Coût d'équipement faible et maintenance facile, adapté aux usines de petite et moyenne taille ayant des besoins d'inspection basiques.
Vitesse de numérisation rapide, idéale pour les lignes de production à haut volume de PCB standards.
Efficace pour la détection des défauts plans.
· Limitations :
Ne capture que les informations planaires de surface, incapable de mesurer la hauteur et le volume. Elle interprète souvent mal ou rate les défauts liés au 3D.
Sujette à de fausses alarmes dues aux changements d'angle d'éclairage ou aux variations de couleur des composants.
Moins efficace pour les composants à pas fin et les PCB haute densité.
· Scénarios d'application typiques
Inspection avant refusion de PCB à faible densité (vérification de la présence, de la polarité et du décalage de positionnement des composants).
Inspection de défauts simples de joint de soudure sur les PCB d'électronique grand public.
Lignes de production sensibles aux coûts avec des exigences de qualité basiques.

3D AOI
Principe de base : Combine l'imagerie planaire 2D avec la technologie de mesure de hauteur 3D (généralement la triangulation laser ou la numérisation par lumière structurée). Elle projette un rayon laser ou une lumière structurée sur la surface du PCB/PCBA, calcule les coordonnées 3D de chaque point en analysant l'angle de réflexion et le déplacement de la lumière, puis construit un modèle 3D complet de la carte. La détection des défauts repose à la fois sur les données de position planaire et de hauteur/volume.
Caractéristiques principales
· Avantages :
Mesure précise de la hauteur et du volume des soudures, ainsi que de la coplanéité des composants, éliminant ainsi les fausses alertes causées par les limitations planaires 2D. Elle permet d'identifier avec précision des défauts tels que une quantité insuffisante de soudure, une soudure excessive, le soulèvement d'un composant (tombstoning) ou des broches soulevées.
Haute précision de détection pour les composants à pas fin et complexes, fréquemment utilisés dans les cartes électroniques automobiles, les dispositifs médicaux et les applications aérospatiales.
Prend en charge l'analyse quantitative des défauts, permettant une optimisation des processus basée sur les données.
· Limitations :
Coût d'équipement plus élevé et temps de numérisation plus long par rapport à l'AOI 2D.
Calibration et maintenance plus complexes, nécessitant des techniciens professionnels.
· Scénarios d'application typiques
Inspection post-reflow de PCBs haute densité et haute précision.
Inspection de soudures complexes (BGA, QFN) et de composants miniaturisés.
Lignes de production avec des exigences strictes en matière de qualité.

L'inspection optique automatisée dans les cartes PCB et le SMT : Scénarios d'application clés
L'inspection optique automatisée est un outil indispensable de contrôle qualité tout au long des processus de fabrication des cartes PCB et d'assemblage SMT. Déployée en des points critiques de production, elle permet une détection précoce des défauts, réduit les coûts de retouche et garantit une qualité produit constante. Voici ses principaux scénarios d'application, classés par étape de production.

Applications de l'AOI dans la fabrication des cartes PCB (inspection de cartes nues)
L'AOI est utilisée pour vérifier l'intégrité structurelle des PCB nus avant le montage des composants, en ciblant les défauts introduits lors de la gravure, du perçage et de l'application du masque de soudure.

Inspection après gravure
· Objectif : Vérifier les défauts des pistes affectant la connectivité électrique.
· Défauts détectés : circuits ouverts (pistes rompues), courts-circuits (connexions indésirables entre pistes), écarts de largeur des pistes, sous-gravure/surengravure et absence de zones isolées (anti-pads).
· Avantage : Détecte précocement les défauts électriques critiques, évitant des reprises coûteuses après assemblage des composants.

Inspection après application du masque de soudure et de la légende
· Objectif : Vérifier l'exactitude de la couverture du masque de soudure et de l'impression de la légende.
· Défauts détectés : décollement du masque de soudure, ouvertures mal alignées du masque de soudure, bulles dans le masque de soudure, étiquettes incorrectes sur la légende et traces floues sur la légende.
· Avantage : Garantit que le masque de soudure protège les pistes contre l'oxydation et que la légende facilite le positionnement ultérieur des composants et le diagnostic des pannes.

Inspection après perçage/via
· Objectif : Inspecter les trous et les vias percés pour vérifier leur précision mécanique.
· Défauts détectés : Trous mal alignés, vias surdimensionnés/sous-dimensionnés, vias bouchés (obstruction involontaire) et vias manquants.
· Avantage : Garantit des connexions fiables entre les couches dans les circuits imprimés multicouches.

Applications de l'AOI dans le processus d'assemblage SMT
Le SMT est au cœur de la production PCBA, et l'AOI est déployé en trois étapes clés afin de couvrir la qualité du positionnement des composants et du brasage.

AOI en pré-refusion
· Moment : Après que les machines de pose ont monté les composants, avant que le circuit n'entre dans le four de refusion.
· Objectif : Vérifier la précision du positionnement des composants avant le brasage — il s'agit du point de contrôle le plus économique pour corriger les défauts.

Défauts détectés :
Problèmes de composants : Composants manquants, composants supplémentaires, type/valeur incorrecte du composant, polarité inversée.
Problèmes de placement : Décalage des composants, rotation hors tolérance, broches soulevées et composants non posés sur les pastilles.
Valeur : Évite que des cartes défectueuses n'entrent dans le four de refusion, réduisant ainsi le gaspillage de soudure et la main-d'œuvre de retouche.

AOI post-refusion
Moment : Immédiatement après la sortie de la carte du four de refusion (le scénario AOI le plus couramment utilisé en SMT).
Objectif : Vérifier la qualité des joints de soudure et l'intégrité des composants après soudage.

Défauts détectés :
Défauts de joint de soudure : Ponts de soudure (court-circuit entre pastilles), soudure insuffisante, excès de soudure, soudure froide (mauvaise adhérence), effet tombstone (basculement du composant) et billes de soudure.
Dommages aux composants : Corps de circuits intégrés fissurés, broches tordues dues à la refusion à haute température, et composants déplacés.
Valeur : Garantit que les joints de soudure respectent les normes IPC et prévient les problèmes de fiabilité dans les produits finaux.

AOI post-assemblage
Moment : Après l'insertion manuelle des composants traversants (le cas échéant) et les tests fonctionnels.
Objectif : Effectuer une vérification complète finale de l'ensemble PCBA entièrement assemblé.
Défauts détectés : Composants traversants manquants, brasage manuel incorrect, connecteurs endommagés et résidus de flux ou contamination sur la surface du circuit.
Valeur : Sert de dernière porte de contrôle qualité avant expédition, garantissant que seuls des produits conformes parviennent aux clients.

Scénarios d'application spécialisés pour les industries à haute fiabilité

Pour les industries aux exigences qualité strictes, l'AOI est adapté à des besoins spécifiques :

· Électronique automobile : l'AOI 3D est utilisé pour inspecter les PCBA des unités de commande moteur (ECU) et des systèmes ADAS, en se concentrant sur la coplanéité des soudures et la fiabilité des composants dans des conditions de haute température.
· Appareils médicaux : L'AOI vérifie les PCBA pour stimulateurs cardiaques, équipements de diagnostic, etc., en assurant une absence totale de défauts afin de se conformer aux normes FDA et ISO 13485.
· Aérospatial et défense : L'AOI 3D haute précision inspecte les PCBA miniaturisés et haute densité pour l'avionique, en détectant des micro-défauts pouvant entraîner une défaillance du système dans des environnements extrêmes.