A.O.I

Cos'è l'AOI?
AOI sta per Automated Optical Inspection, una tecnologia critica di controllo qualità ampiamente utilizzata nei processi di produzione di PCB e PCBA. Utilizza telecamere ad alta risoluzione, sensori ottici e algoritmi di visione artificiale per rilevare automaticamente difetti sulle schede circuito senza contatto fisico.

Come funziona l'AOI: il processo di ispezione
L'ispezione ottica automatica (AOI) funziona come un sistema di controllo qualità senza contatto, basato sulla visione, per la produzione di PCB/PCBA, utilizzando immagini ad alta risoluzione, algoritmi intelligenti e confronto con riferimenti per rilevare difetti superficiali. Il suo processo di ispezione segue quattro passaggi fondamentali e sequenziali, garantendo precisione e coerenza lungo le linee di produzione.

Configurazione e Calibrazione Preliminari
Prima di scansionare le schede, il sistema AOI richiede una configurazione specifica per adattarsi al design della PCB/PCBA:
Caricare i Dati di Riferimento: Importare il file di progettazione CAD della scheda target oppure utilizzare un campione golden, ovvero una scheda verificata e priva di difetti, come riferimento per l'ispezione. Il sistema mappa i parametri chiave: posizioni dei componenti, dimensioni dei pad, forme delle saldature e layout delle piste.
Calibrazione del Parametro Ottico: Regolare le condizioni di illuminazione per evidenziare diversi tipi di difetto. Ad esempio, l'illuminazione laterale rivela l'altezza delle saldature, mentre l'illuminazione retrostante rileva interruzioni delle piste. Calibrare la messa a fuoco e la risoluzione della telecamera per catturare dettagli fini di componenti densi o miniaturizzati.
Impostazione delle Soglie di Tolleranza: Definire intervalli accettabili di deviazione per il posizionamento dei componenti, il volume della saldatura e la polarità. Ciò previene falsi allarmi garantendo al contempo che i difetti critici vengano segnalati.

Acquisizione di immagini
La macchina AOI esegue una scansione della superficie della PCB/PCBA per acquisire dati visivi ad alta qualità:
La scheda viene trasportata nell'area di ispezione tramite un nastro trasportatore automatizzato, garantendo un posizionamento stabile.
Telecamere industriali ad alta velocità acquisiscono immagini della scheda da più angolazioni (2D o 3D, a seconda del modello AOI). L'AOI 3D utilizza la scansione laser per misurare l'altezza, consentendo un rilevamento più accurato del volume delle saldature e della coplanarità dei componenti.
Il sistema unisce singole immagini in una mappa completa ad alta risoluzione dell'intera superficie della scheda per un'ispezione a copertura totale.

Analisi delle Immagini e Rilevamento dei Difetti

Questo è il passaggio principale in cui il sistema identifica anomalie attraverso un confronto intelligente:
· Confronto Pixel per Pixel: L'immagine della scheda acquisita viene confrontata con il riferimento precaricato. L'algoritmo analizza le differenze nella densità dei pixel, nella forma, nella posizione e nel colore.
· Identificazione dei Difetti: Le deviazioni oltre le soglie di tolleranza preimpostate vengono classificate come potenziali difetti. I problemi rilevati più comuni includono:
· Relativi ai componenti: Parti mancanti, inversione di polarità, disallineamento o tipi errati di componenti.
· Relativi alla saldatura: Ponteggi di saldatura, saldatura insufficiente, saldatura fredda o tombstoning.
· Relativi alla PCB: Graffi sulle piste, pad mancanti o errori nel silkscreen.
· Potenziamento AOI 3D: I sistemi 3D aggiungono l'analisi della misurazione dell'altezza, distinguendo tra saldature accettabili e difetti come saldature insufficienti o eccessive che un AOI 2D potrebbe non rilevare.

Segnalazione dei Difetti e Azione

Dopo l'analisi, il sistema genera risultati utilizzabili per i team di produzione:
· Classificazione e Segnalazione dei Difetti: L'AOI classifica i difetti per gravità e ne indica la posizione esatta sulla mappa della scheda. I difetti critici attivano avvisi immediati.
· Registrazione dei Dati e Report: Vengono archiviati report dettagliati di ispezione, inclusi i tipi di difetto, le posizioni e le frequenze di occorrenza. Questi dati supportano la rintracciabilità e aiutano gli ingegneri a identificare problemi ricorrenti per ottimizzare il processo di assemblaggio SMT.
· Gestione Post-Ispezione: La scheda viene indirizzata a una stazione di riparazione per la correzione dei difetti oppure inviata alla fase successiva di produzione se non vengono rilevati difetti.

Principali Fasi Applicative nella Produzione di PCBA

L'AOI viene utilizzato in più punti di controllo per garantire un controllo qualità completo del processo:
· AOI pre-reflow: Verifica l'accuratezza del posizionamento dei componenti, la polarità e la presenza prima della saldatura, impedendo che componenti difettosi entrino nel forno di rifusione.
· AOI post-reflow: L'applicazione più comune, controlla la qualità dei giunti di saldatura e l'integrità dei componenti dopo la saldatura in atmosfera controllata.
· AOI post-assemblaggio: Esegue un'ispezione finale dell'intera PCBA per garantire che soddisfi gli standard di progettazione e del settore prima della spedizione.

Cosa controlla l'AOI?
L'ispezione ottica automatica è uno strumento di controllo qualità senza contatto per la produzione di PCB/PCBA, progettato per rilevare difetti superficiali confrontando le immagini della scheda con campioni dorati o dati CAD. I controlli coprono tre categorie principali in diverse fasi produttive:

Difetti del substrato PCB

Prima del montaggio dei componenti, l'AOI ispeziona il PCB nudo per verificarne l'integrità strutturale:
· Difetti delle piste: Graffi, interruzioni (circuiti aperti), cortocircuiti o larghezze delle piste errate.
· Problemi dei pad: Pad mancanti, allineamento errato, ossidazione dei pad o superfici dei pad irregolari.
· Difetti superficiali: Contaminazione, particelle di polvere, distacco della maschera saldante o stampa serigrafica errata (ad esempio etichette componenti sbagliate).
· Difetti dei fori: Via non allineati, fori mancanti o fori trapanati di dimensioni eccessive/troppo piccole.

Difetti di posizionamento dei componenti

Nella fase pre-reflow (dopo il montaggio dei componenti, prima della saldatura), l'AOI verifica la precisione dei componenti:
· Presenza/assenza: Componenti mancanti o componenti aggiuntivi (non previsti) sulla scheda.
· Errori di posizionamento: Componenti non allineati, posizionamento spostato o rotazione oltre la tolleranza consentita.
· Problemi di polarità: Polarità del componente invertita.
· Componenti errati: Tipo di componente sbagliato, valore errato o dimensione del package non corrispondente.
· Difetti dei pin: Pin sollevati, pin piegati o pin non correttamente appoggiati sui pad.

Difetti delle Saldature

Nella fase post-reflow (dopo la saldatura), l'AOI si concentra sulla qualità della saldatura—l'obiettivo di ispezione più comune:
· Quantità insufficiente di saldatura: Giunti deboli e incompleti che rischiano un cattivo contatto elettrico.
· Eccesso di saldatura: Giunti voluminosi che possono causare cortocircuiti.
· Ponti di saldatura: Connessioni indesiderate di saldatura tra pad o tracce adiacenti.
· Saldatura fredda: Giunti opachi e granulosi con scarsa adesione, causati da un riscaldamento insufficiente durante il reflow.
· Tombstoning: Inclinazione del componente (un'estremità sollevata dal pad) dovuta a una fusione non uniforme della saldatura.
· Palline di saldatura: Piccole particelle di saldatura vaganti che possono causare cortocircuiti in PCB densi.

Verifiche finali post-assemblaggio

Per PCBA completamente assemblati, l'AOI effettua un'ispezione finale completa:
· Completezza complessiva dell'assemblaggio e conformità alle specifiche di progetto.
· Danni ai componenti durante la saldatura o la manipolazione.
· Conformità agli standard del settore per la qualità delle saldature e il posizionamento dei componenti.

I controlli AOI sono rapidi, costanti e tracciabili, generando rapporti dettagliati sui difetti per aiutare i produttori a ottimizzare i processi produttivi e ridurre i tassi di guasto dei prodotti.

Tipi di AOI: AOI 2D rispetto ad AOI 3D
Nel controllo qualità di PCB/PCBA, l'ispezione ottica automatica (AOI) è principalmente suddivisa in AOI 2D e AOI 3D in base ai principi di imaging e misurazione. Entrambe le tecnologie sono utilizzate per il rilevamento dei difetti ma differiscono notevolmente per accuratezza, scenari applicativi e capacità principali—specialmente per circuiti moderni ad alta densità e miniaturizzati.

aOI 2D
Principio Fondamentale: Utilizza una tecnologia di imaging planare 2D, basata su telecamere industriali ad alta risoluzione e illuminazione multiangolare per acquisire immagini 2D delle superfici di PCB/PCBA. Rileva i difetti confrontando forma, dimensione e colore planari di componenti, giunzioni saldate e tracce con dati CAD di riferimento o campioni standard.
Caratteristiche principali
· Vantaggi:
Costo dell'equipaggiamento ridotto e manutenzione semplice, adatto a fabbriche di piccole e medie dimensioni con esigenze basilari di ispezione.
Velocità di scansione elevata, ideale per linee di produzione ad alto volume di PCB standard.
Efficace per il rilevamento di difetti planari.
· Limitazioni:
Acquisisce solo informazioni piane superficiali, incapace di misurare altezza e volume. Spesso commette errori di giudizio o non rileva difetti legati alla tridimensionalità.
Soggetto a falsi allarmi a causa di variazioni dell'angolo di illuminazione o delle differenze di colore dei componenti.
Meno efficace per componenti con passo fine e PCB ad alta densità.
· Scenari tipici di applicazione
Ispezione pre-reflow di PCB a bassa densità (verifica della presenza, polarità e offset di posizionamento dei componenti).
Ispezione di difetti semplici sui giunti saldati di PCB per elettronica di consumo.
Linee di produzione sensibili ai costi con requisiti di qualità basilari.

3D AOI
Principio fondamentale: combina l'imaging planare 2D con la tecnologia di misurazione dell'altezza 3D (solitamente triangolazione laser o scansione a luce strutturata). Proietta luce laser o luce strutturata sulla superficie della PCB/PCBA, calcola le coordinate 3D di ogni punto analizzando l'angolo di riflessione e lo spostamento della luce, e costruisce un modello 3D completo della scheda. Il rilevamento dei difetti si basa sia sui dati di posizione planare che di altezza/volume.
Caratteristiche principali
· Vantaggi:
Misurazione accurata dell'altezza e del volume delle saldature e della coplanarità dei componenti, eliminando i falsi allarmi causati dai limiti del piano 2D. Può identificare con precisione difetti come saldature insufficienti, eccesso di saldatura, tombstoning e piedin sollevati.
Alta accuratezza di rilevamento per componenti a passo fine e complessi, comuni nell'elettronica automobilistica, nei dispositivi medici e nelle PCB per l'aerospaziale.
Supporta l'analisi quantitativa dei difetti, consentendo un'ottimizzazione del processo basata sui dati.
· Limitazioni:
Costo dell'attrezzatura più elevato e tempi di scansione più lunghi rispetto all'AOI 2D.
Calibrazione e manutenzione più complesse, che richiedono tecnici specializzati.
· Scenari tipici di applicazione
Ispezione post-reflow di PCB ad alta densità e alta precisione.
Ispezione di giunzioni saldate complesse (BGA, QFN) e componenti miniaturizzati.
Linee di produzione con requisiti qualitativi rigorosi.

AOI nella produzione di PCB e SMT: Scenari applicativi chiave
L'ispezione ottica automatica è uno strumento indispensabile per il controllo qualità in tutti gli stadi di fabbricazione del PCB e di assemblaggio SMT. Installata in punti critici del processo produttivo, consente di rilevare i difetti precocemente, riduce i costi di ritravagli e mantiene una qualità del prodotto costante. Di seguito sono riportati i principali scenari applicativi, classificati per stadio produttivo.

Applicazioni AOI nella fabbricazione del PCB (ispezione di schede nude)
L'AOI è utilizzato per verificare l'integrità strutturale dei PCB non montati prima del posizionamento dei componenti, mirando ai difetti introduti durante la corrosione, la foratura e l'applicazione della maschera di saldatura.

Ispettione dopo la Corrosione
· Scopo: Verificare la presenza di difetti nei percorsi che potrebbero compromettere la connettività elettrica.
· Difetti Rilevati: Circuiti aperti (percorsi interrotti), cortocircuiti (collegamenti indesiderati tra percorsi), deviazioni nella larghezza dei percorsi, sottocorrosione/sovra-corrosione e mancanza di anti-pads.
· Valore: Individua precocemente difetti elettrici critici, evitando costose correzioni dopo il montaggio dei componenti.

Ispettione dopo la Maschera di Saldatura e la Serigrafia
· Scopo: Verificare l'accuratezza della copertura della maschera di saldatura e della stampa serigrafica.
· Difetti Rilevati: Stacco della maschera di saldatura, aperture della maschera di saldatura malallineate, bolle nella maschera di saldatura, etichette serigrafiche errate e sbavature nella serigrafia.
· Valore: Garantisce che la maschera di saldatura protegga i percorsi dall'ossidazione e che la serigrafia supporti il successivo posizionamento dei componenti e la risoluzione dei problemi.

Ispettione dopo la Foratura/Via
· Scopo: Ispezionare i fori e i vias trapanati per verificarne l'accuratezza meccanica.
· Difetti rilevati: Fori non allineati, vias di dimensioni eccessive/insufficienti, vias ostruiti (ostruzione non intenzionale) e vias mancanti.
· Valore: Garantisce connessioni interstrato affidabili nei PCB multistrato.

Applicazioni AOI nel processo di assemblaggio SMT
SMT è il cuore della produzione PCBA, e l'AOI viene impiegato in tre fasi chiave per coprire la qualità del posizionamento dei componenti e della saldatura.

AOI Pre-reflow
· Tempistica: Dopo che le macchine pick-and-place hanno montato i componenti, prima che la scheda entri nel forno di reflow.
· Scopo: Verificare l'accuratezza del posizionamento dei componenti prima della saldatura—questo è il punto di controllo più economico per correggere difetti.

Difetti rilevati:
Problemi ai componenti: Componenti mancanti, componenti extra, tipo/valore errato del componente, polarità invertita.
Problemi di posizionamento: Spostamento del componente, rotazione oltre la tolleranza, piedini sollevati e componenti non correttamente appoggiati sui pad.
Valore: Evita che schede difettose entrino nel forno di rifusione, riducendo gli sprechi di saldatura e il lavoro di ritocco.

AOI post-reflusso
Tempistica: Immediatamente dopo l'uscita della scheda dal forno di rifusione (lo scenario AOI più utilizzato nell'SMT).
Scopo: Verificare la qualità dei giunti di saldatura e l'integrità dei componenti dopo la saldatura.

Difetti rilevati:
Difetti del giunto di saldatura: Ponticelli di saldatura (cortocircuiti tra i pad), saldatura insufficiente, eccesso di saldatura, saldatura fredda (aderenza scarsa), tombstoning (inclinazione del componente) e palline di saldatura.
Danni ai componenti: Corpi integrati crepati, piedini piegati a causa della saldatura ad alta temperatura e componenti spostati.
Valore: Garantisce che i giunti di saldatura rispettino gli standard IPC e previene problemi di affidabilità nei prodotti finali.

AOI post-assemblaggio
Tempistica: Dopo l'inserimento manuale dei componenti attraverso fori (se applicabile) e il test funzionale.
Scopo: Eseguire un controllo finale completo del PCBA completamente assemblato.
Difetti rilevati: Componenti mancanti nei fori passanti, saldature manuali errate, connettori danneggiati e residui di flux o contaminazione sulla superficie della scheda.
Valore: Funge da ultima porta di controllo della qualità prima della spedizione, garantendo che solo prodotti qualificati raggiungano i clienti.

Scenari applicativi specializzati per settori ad alta affidabilità

Per settori con requisiti qualitativi rigorosi, l'AOI viene personalizzato in base a esigenze specifiche:

· Elettronica automobilistica: l'AOI 3D viene utilizzato per ispezionare PCBA per unità di controllo del motore (ECU) e sistemi ADAS, concentrandosi sulla coplanarità delle saldature e sull'affidabilità dei componenti in condizioni di alta temperatura.
· Dispositivi medici: L'AOI verifica i PCBA per pacemaker, apparecchiature diagnostiche, ecc., garantendo zero difetti per rispettare gli standard FDA e ISO 13485.
· Aerospaziale e Difesa: L'AOI 3D ad alta precisione ispeziona PCBA miniaturizzati ad alta densità per l'avionica, rilevando microdifetti che potrebbero causare malfunzionamenti del sistema in ambienti estremi.