A.O.I

מהו AOI?

AOI הוא קיצור של Automated Optical Inspection, טכנולוגיית בקרת איכות חיונית הנמצאת בשימוש נרחב בתהליכי ייצור של PCB ו-PCBA. המערכת משתמשת במצלמות באיכות גבוהה, חיישנים אופטיים ואלגוריתמי ראייה ממוחשבת כדי לאתר באופן אוטומטי פגמים על לוחות המעגלים ללא מגע פיזי.

איך AOI עובד: תהליך הבדיקה
הבחינה אופטית אוטומטית (AOI) פועלת כמערכת לא מגעית לבקרת איכות בתעשיית ייצור PCB/PCBA, תוך התבססות על צילום באיכות גבוהה, אלגוריתמים חכמים והשוואה לנתוני ייחוס כדי לזהות פגמים בשטח. תהליך הבדיקה כולל ארבעה שלבים עיקריים ורציפים, המבטיח דיוק ועקביות לאורך קווי הייצור.

הגדרה מוקדמת וכיול
לפני סריקת הלוחות, יש להגדיר את מערכת AOI בהתאם לעיצוב הספציפי של ה-PCB/PCBA:
טעינת נתוני ייחוס: ייבוא קובץ עיצוב CAD של הלוח היעד, או שימוש בדוגמה אופנית – לוח מאומת ללא פגמים – כמדד לבדיקה. המערכת ממפה פרמטרים מרכזיים: מיקומי רכיבים, גדלי פדים, צורות חיבורי לحام ועיקולים של עקקים.
כייל פרמטרים אופטיים: התאם את תנאי התאורה כדי להבליט סוגי פגמים שונים. למשל, תאורה צידית חושפת את גובה החיבורים הלחים, בעוד שתאורה מאחורית מאתרת שברים במעקבים. כייל את המיקוד והרזולוציה של המצלמה כדי לקלוט פרטים עדינים של רכיבים צפופים או ממוזערים.
הגדר סף סובלנות: קבע טווחי סטייה מותרים למיקום רכיבים, נפח הלحام והקוטב. זה מונע התראות שקריות תוך וודאות שפגמים קריטיים מוצפים.

איסוף תמונה
המכונה AOI סורקת את פני ה-PCB/PCBA כדי לאסוף נתונים ויזואליים באיכות גבוהה:
הלוח מועבר לאזור בדיקה באמצעות חגורה אוטומטית, מבטיחה מיקום יציב.
מצלמות תעשייתיות במהירות גבוהה צופות בתמונות של הלוח מזוויות מרובות (2D או 3D, בהתאם למודל AOI). AOI תלת-מימדי משתמש בפסייר סורק לייזר כדי למדוד גובה, לאפשר זיהוי מדויק יותר של נפח החיבורי הלחים וקומבינריות של רכיבים.
המערכת מאגדת תמונות בודדות למפה שלמה, ברזולוציה גבוהה, של פני הלוח כדי לאפשר בדיקה משלימה.

ניתוח תמונה וזיהוי פגמים

שלב זה הוא ליבה, שבו מזהה המערכת סטיות באמצעות השוואה חכמה:
· השוואה פיקסל-לפיקסל: התמונה של הלוח שנאספה משווים לתמונה المرجעית שהוטענה מראש. האלגוריתם מנתח הבדלים בצפיפות פיקסלים, צורה, מיקום וצבע.
· זיהוי פגמים: סטיות שמעבר לסף הסובלנות המוגדר מוקדם מוסברות כפגמים פוטנציאליים. בעיות נפוצות שנמצאות כוללות:
· קשור(Component-related: חסר חלקים, הפיכת קוטב, אי-יישור או סוג רכיב שגוי.
· קשור(Solder-related: גשרי סולדר, סולדר לא מספיק, סולדר קרוב, או תופעת הקבורה (tombstoning).
· קשור(PCB-related: קרעים במעקבי לוח, חוסר בפלטות, או שגיאות בסילקסקرين.
· שיפור AOI תלת-מימד: מערכות תלת-מימד מוסיפות ניתוח מדידת גובה, המבדילים בין פיליג של להט לגמור למקרים של חסר להט או להט מופרז, שמערכת AOI דו-מימדית עלולה לפספס.

דיווח על ממצאים ופעולה

לאחר הניתוח, המערכת מייצרת תוצאות ניתנות לפעול לצוותי ייצור:
· סיווג ודגלת ממצאים: AOI מסווג את הממצאים לפי חומרות ומסמן את מיקומם המדויק על מפת הלוח. ממצאים קריטיים מפעילים התראות מיידיות.
· יומן נתונים ודיווח: דוחות בדיקה מפורטים נשמרים, הכוללים סוגי ממצאים, מיקומם ותדירות התרחצויות. נתונים אלו תומכים במעקב ואפשרויות זיהוי בעיות חוזרות, guni לאופטימיזציה של תהליך ההרכבה SMT.
· טיפול לאחר בדיקה: הלוח מועבר לתחנת שיקום לצורך תיקון ממצאים, או מועבר לשלב הייצור הבא אם לא זוהו ממצאים.

שלבי יישום מרכזיים בתהליך ייצור PCBA

AOI מותקן במספר נקודות בקרה כדי להבטיח בקרת איכות מלאה לאורך התהליך:
· AOI טרום ריפלו: בודק דיוק ביציבת רכיבים, קוטביוּת והימצאות של רכיבים לפני הלحام, ומונע מהכנסת רכיבים פגומים לתוך התנור לריפלו.
· AOI לאחר ריפלו: היישום הנפוץ ביותר, בודק איכות החיבורי הלحام ותורת רכיבים לאחר ריפלו.
· AOI לאחר אסימנה: מבצע בדיקה סופית של ה-PCBA השלם כדי להבטיח שהוא עומד בתקני העיצוב ובתעשייה לפני המשלוח.

מה AOI בודק?
בדיקת אופטית אוטומטית היא כלי לבקרת איכות ללא מגע בתעשיית ייצור PCB/PCBA, שנועד לזהות פגמים בשכבת הפנים על ידי השוואת תמונות של הלוח לדוגמאות זהב או לנתוני CAD. הבדיקות שלו כוללות שלושה תחומים מרכזיים בסטAGES ייצור שונים:

פגמי סובסטרט PCB

לפני אסימנת רכיבים, AOI בודק את ה-PCB הבלתי מאוייש לבחינת תורת המבנה:
· פגמי עקבה: חסרים, שברים (מעגל פתוח), קצר, או רוחב עקבה שגוי.
· בעיות פד: פדים חסרים, פדים לא מיושרים, חליעת פדים או משטחים לא אחידים של פדים.
· פגמי משטח: זיהום, חלקיקי אבק, ניקור מסכה לולחת, או הדפסת סילק스크رين שגויה (למשל, תיוג רכיבים שגוי).
· פגמי חורים: ויאים לא מתוארים, חורים חסרים, או חורים שנשפרו בגודל לא תקין (גדול או קטן מידי).

פגמי הצבת רכיבים

בשלב הקדם-ריפלו (אחרי הצבת רכיבים, לפני הלحام), AOI מוודא דיוק של רכיבים:
· נוכחות/היענות: רכיבים חסרים או רכיבים נוספים (לא מתוכננים) על הלוח.
· שגיאות במיקום: רכיבים לא מתוארים, הצבה מוזחת, או סיבוב מחוץ לסובלנות.
· בעיות קיטוב: קיטוב רכיב הפוך.
· רכיבים שגויים: סוג חלק שגוי, ערך שגוי, או גודל אריזה לא תואם.
· פגמי רגלים: רגלים מורמות, רגלים כופפות, או רגלים שלא מושתות כראורה על הפדים.

פגמי חיבורים בלחמה

בשלב הפוסט-ריפלו (אחרי הלحام), AOI ממקד על איכות הלحام — היעד הנפוץ ביותר של בדיקה:
· חוסר בסOLDER: חיבורים חלשים ולא שלמים שמגדילים את הסיכון ליצירת מגע חשמלי לקוי.
· עודף SOLDER: חיבורים עבים שיכולים לגרום ל קצר חשמלי.
· גשרי SOLDER: חיבורים לא רצויים של סולדר בין פדים/מעברים סמוכים.
· חיבורי SOLDER קרים: חיבורים עמומים וגריזניים בעלי דבקות חלשה, הנובעים מחימום לא מספיק במהלך תהליך ההיתוך.
· תופעת הקבר (Tombstoning): נטיה של הרכיב (קצה אחד מתרומם מהפד) בגלל התכה לא אחידה של הסולדר.
· כדורי SOLDER: חלקיקי סולדר קטנים שוטים שעלולים לגרום לקצר ב-PCB צפופים.

בדיקות סיום לאחר איסוף

בשלב הסיום של PCBA מאוגד לחלוטין, בודקים באמצעות AOI בדיקה מקיפה אחרונה:
· שלמות הרמה הכוללת והامتثال לדרישות העיצוב.
· נזק לרכיבים במהלך הלحام או הטיפול.
· עמידה בתקני התעשייה לאיכות חיבורי הלחמה וסידור רכיבים.

הבדיקות של AOI מהירות, עקביות וניתנות לעיון – ומייצרות דוחות ממצאים מפורטים כדי לעזור לייצרנים לדייק את תהליכי הייצור ולצמצם את שיעורי הכשל של המוצרים.

סוגי AOI: 2D AOI לעומת 3D AOI
בקרת איכות PCB/PCBA, בדיקה אופטית אוטומטית (AOI) מחולקת בעיקר ל-2D AOI ו-3D AOI בהתאם לעקרונות הדמיה ומדידה. שתי הטכנולוגיות משמשות לגילוי פגמים אך שונות באופן משמעותי בדיוק, תרחישי שימוש ויכולות ליבה – במיוחד עבור לוחות מעגלים מודרניים עם צפיפות גבוהה ומידות ממוזערות.

2D AOI
עיקרון ליבה: משתמש בטכנולוגיית הדמיה דו-ממדית, התורמת על מצלמות תעשיתיות באיכות גבוהה ועל תאורה מרובת זוויות כדי לקלוט תמונות דו-ממדיות של שטח ה-PCB/PCBA. הוא מזהה פגמים על ידי השוואת הצורה, הגודל והצבע של רכיבים, חיבורי לحام ועק Rim לפי נתוני CAD מرجعיים או דוגמיות זהב.
תכונות עיקריות
· יתרונות:
עלות נמוכה של הציוד וسهولة בשיפוץ, מתאים למפעלים קטנים ובינוניים בעלי צרכים בסיסיים בבדיקה
מהירות סריקה גבוהה, אידיאלי לخطوط ייצור בקנה מידה גדול של PCBs סטנדרטיים.
יעיל לגילוי פגמים מישוריים.
· מגבלות:
מצלם רק מידע מישורי של השטח, לא מסוגל למדוד גובה ונפח. לעיתים קרובות מעריך באופן שגוי או מפספס פגמים הקשורים ל-3D.
נוטה להתרעות שגויות עקב שינוי זווית האור או הבדלים בצבע הרכיבים.
פחות יעיל עבור רכיבים עם פיץ' דק ו-PCBs עם צפיפות גבוהה.
· תרחישי יישום טיפוסיים
בדיקת לפני ריפלו של PCBs עם צפיפות נמוכה (בדיקת נוכחות רכיבים, קיטוב והסטת מיקום).
בדיקה של פגמי לחימור פשוטים ב-PCBs של אלקטרוניку לצרכן.
קווי ייצור בעלי עלות רגישה ודרכי איכות בסיסיות.

3D AOI
עיקרון מרכזי: משלב צילום מישורי 2D עם טכנולוגיה למדידת גובה 3D (לרוב טריאנגולציה של לייזר או סריקת אור מבוזם). הוא מקרין לייזר או אור מבוזם אל פני לוח PCB/PCBA, מחשב את הקואורדינטות התלת-ממדיים של כל נקודה על ידי ניתוח זווית השיקוף וההעתקה של האור, ומייצר מודל תלת-ממדי שלם של הלוח. זיהוי פגמים מבוסס הן על נתוני מיקום מישורי והן על גובה/נפח.
תכונות עיקריות
· יתרונות:
מדידה מדויקת של גובה וחיבור של ש_joint, נפח וקופלנריות של רכיבים — מונעת התראות שגויות הנובעות ממגבלות מישוריות של 2D. מסוגל לזהות במדויק פגמים כמו חוסר בסולדר, סולדר מוגזום, תופעת 'קבר' (tombstoning) והתרמות של רגלים.
דיוק גבוה בזיהוי פגמים ברכיבים בעליPitch זעיר ומורכבים, שכיחים באלקטרוניקה אוטומotive, ציוד רפואי ובלוחות PCB של תעשיית חלל.
תומך בניתוח כمي של פגמים, לאפשר אופטימיזציה של תהליכים על בסיס נתונים.
· מגבלות:
עלות ציוד גבוהה יותר וזמן סריקה ארוך יותר בהשוואה ל-2D AOI.
כיול ותחזוקה מורכבים יותר, הדורשים טכנאים מקצועיים.
· תרחישי יישום טיפוסיים
בדיקת אחרון זריה של לוחות פסיבי עם צפיפות גבוהה ודقة גבוהה.
בדיקת חיבורי לحام מורכבים (BGA, QFN) ורכיבים ממוזערים.
קווי ייצור עם דרישות איכות חמורות.

AOI ב-PCB ו-SMT: תרחישי יישום מרכזיים
בדיקת אופטי אוטומטית היא כלי בקרת איכות חיוני בכל תהליכי ייצור ה-PCB וההרכבה SMT. כשמיישמים אותה בנקודות ביקורת קריטיות בתהליך הייצור, ניתן לזהות פגמים מוקדם, לצמצם את עלויות התיקון ולשמור על איכות קבועה של המוצר. להלן תחומי היישום המרכזיים, לפי שלבי ייצור.

יישומי AOI בייצור PCB (בדיקת לוח עירום)
AOI משמש לאימות שלמות המבנית של PCBs גולמיים לפני ריסון רכיבים, ונועד לפגוע בפגמים שנוצרו במהלך חריטה, קידור ורישום מסכת הלחמה.

בדיקת לאחר חריטה
· מטרה: לבדוק פגמים במסילות שמשפיעים על החיבור החשמלי.
· פגמים זיהוי: מעגלים פתוחים (מסילות שבורות), קצר חשמלי (חיבורים לא רצויים בין מסילות), סטיות ברוחב המסילה, חריטת-מיעוט או חריטת-יתר, וחוסר באנטי-פדים.
· ערך: תופס פגמים חשמליים קיצוניים בשלב מוקדם, ומונע תיקונים יקרים לאחר ריסון הרכיבים.

בדיקת לאחר מסכת לחמה ורישום סילקסקرين
· מטרה: לאשר את דיוק כיסוי מסכת הלחמה ואת הדפסת הסילקסקرين.
· פגמים שנמצאו: ניקור מסכה לולחת, פתחי מסכת לحام לא מתואמים, בועות במסכת הלحام, תויות סילקסקرين שגויות וכתמי סילקסקرين.
· ערך: מבטיח שמסכת הלחמה מגינה על המסילות מפני חימצון, ושסילקסקריין עוזר בהצבת הרכיבים וה troubleshoot בהמשך.

בדיקת לאחר קידור/Via
· מטרה: בדיקת חורים ונעיצות לצורך דיוק מכני.
· כשלים שנמצאו: חורים לא מיושרים, נעיצות גדולות או קטנות מדי, נעיצות סגורות (חסימה לא אמורה), וחוסר בנעיצות.
· ערך: מבטיח חיבורים אמינים בין שכבות ב-PCB רב-שכבות.

יישומי AOI בתהליך הרכבה SMT
SMT הוא הליבה של ייצור PCBA, ו-AOI משמש בשלושה שלבים מרכזיים כדי לכסות את איכות ההרכבה והלחמה.

AOI לפני לحימת ריפלו
· זמנים: לאחר שמכונות ההרכבה מתקינות את הרכיבים, לפני שהלוח נכנס לתנור הריפלו.
· מטרה: אימות דיוק הרכבת הרכיבים לפני הלחמה – זהו נקודת הבדיקה היעילה ביותר מבחינה עלותית לתיקון כשלים.

כשלים שנמצאו:
בעיות ברכיבים: חוסר ברכיבים, רכיבים נוספים, סוג/ערך שגוי של רכיב, קיטוב הפוך.
בעיות מיקום: היסט רכיב, סיבוב מחוץ לסובלנות, מוליכים מונפים, ורכיבים שאינם יושבים נכון על המצעים.
ערך: מונע לוחות פגומים מלכנס לתנור ההיתוך, מקטין בזבוז גלגלת ועבודת תיקון.

AOI לאחר היתוך
זמן: מיד לאחר שיצא הלוח מתנור ההיתוך (תרחיש AOI הנפוץ ביותר ב-SMT).
מטרה: בדיקת איכות חיבורי הלחמה וכשירות הרכיבים לאחר הלحام.

כשלים שנמצאו:
פגמי לחמה: גשרי להט (קצר בין מצעים), חוסר בהלבנה, עודף להט, להט קרה (הידבקות לקויה), תומבסטונינג (הטיה של רכיב), וكرיות להט.
נזק לרכיב: גופי IC cracked, מוליכים עקומים עקב חום גבוה בהיתוך, ורכיבים זזים ממקומם.
ערך: מבטיח שחיבורי הלחמה עומדים בתקני IPC ומונע בעיות אמינות במוצר הסופי.

AOI לאחר התערובת
זמן: לאחר הכנסת רכיבים חדירים באופן ידני (אם רלוונטי) ובTestCategory פונקציונלי.
מטרה: ביצוע בדיקה מקיפה אחרונה של לוח מחזורי מוגמר (PCBA).
פגמים שנמצאו: חוסר ברכיבים דרך חור, לحام יד ידני שגוי, מגדרי פגומים ושאריות של שפוך או זיהום על פני הלוח.
ערך: משמש כשער איכות סופי לפני המשלוח, מבטיח שרק מוצרים מוסמכים יגיעו ללקוחות.

תרחומי יישום מיוחדים לתעשיות בעלות אמינות גבוהה

לתעשיות עם דרישות איכות קפדניות, AOI מותאם לצרכים ספציפיים:

· אלקטרוניקה לרכב: aOI תלת-מימד משמש לבדיקת PCBA של יחידות בקרת מנוע (ECUs) ומערכות ADAS, עם דגש על קoplanריות של חיבורי לحام ואמינות רכיבים בתנאי טמפרטורה גבוהה.
· מכשירים רפואיים: AOI מבצע אימות של PCBA עבור קוצצי לב, ציוד איבחן וכו', ומבטיח אפס פגמים כדי לעמוד בדרישות FDA ו-ISO 13485.
· תעופה וביטחון: AOI תלת-מימד עתיר דיוק בודק לוחות PCBA ממוזענים וכثיפים, עבור מערכות טיס, ומביא לאיתור של פגמים מיקרוסקופיים שעלולים לגרום לכשל של המערכת בסביבות קיצוניות.