A.O.I

Wat is AOI?

AOI staat voor Geautomatiseerde Optische Inspectie, een cruciale kwaliteitscontrole-technologie die veel wordt gebruikt in PCB- en PCBA-productieprocessen. Het maakt gebruik van high-resolution camera's, optische sensoren en machine vision-algoritmen om automatisch gebreken op printplaten te detecteren zonder fysiek contact.

Hoe werkt AOI: Het inspectieproces
Geautomatiseerde optische inspectie (AOI) werkt als een niet-contact, visueel gestuurd kwaliteitscontrolesysteem voor de productie van PCB/PCBA, dat afhankelijk is van hoogwaardige beeldvorming, intelligente algoritmen en referentievergelijking om oppervlakdefecten op te sporen. Het inspectieproces volgt vier kernstappen in sequentiële volgorde, waardoor precisie en consistentie over de productielijnen worden gewaarborgd.

Voorinspectie-instelling en -calibratie
Voordat de platen worden gescand, moet het AOI-systeem worden geconfigureerd om aan te sluiten bij het specifieke PCB/PCBA-ontwerp:
Referentiegegevens laden: Importeer het CAD-ontwerpbestand van de doelplaat of gebruik een gouden monster—aangetoond defectvrije plaat—als inspectie-ijkpunt. Het systeem zet belangrijke parameters in kaart: componentposities, padgroottes, soldeerverbindingvormen en baanschetsen.
Kalibratie van optische parameters: Pas de belichtingsomstandigheden aan om verschillende soorten defecten te benadrukken. Bijvoorbeeld, zijdelingse verlichting maakt soldeerverbindingen zichtbaar op basis van hoogte, terwijl achtergrondverlichting onderbrekingen in sporen detecteert. Kalibreer de cameravergrendeling en resolutie om fijne details van dichte of geminiaturiseerde componenten vast te leggen.
Stel tolerantiedrempels in: Definieer acceptabele afwijkingen voor componentplaatsing, soldeervolume en polariteit. Dit voorkomt valse alarmen, terwijl kritieke defecten wel worden gemarkeerd.

Afbeeldingsverwerving
De AOI-machine scant het PCB/PCBA-oppervlak om visuele gegevens van hoge kwaliteit te verkrijgen:
Het bord wordt via een automatische transportband naar het inspectiegebied gevoerd, wat stabiele positionering waarborgt.
Industriële camera's met hoge snelheid nemen beelden van het bord op uit meerdere hoeken (2D of 3D, afhankelijk van het AOI-model). 3D AOI gebruikt laserscanning om hoogte te meten, waardoor nauwkeuriger detectie van soldeervolume en coplanariteit van componenten mogelijk is.
Het systeem naait individuele afbeeldingen samen tot een volledige, hoge-resolutie kaart van het gehele oppervlak van de printplaat voor een volledige inspectie.

Beeldanalyse & Gebreksdetectie

Dit is de kernstap waarin het systeem afwijkingen identificeert via intelligente vergelijking:
· Pixel-voor-pixelvergelijking: De vastgelegde printplaatafbeelding wordt vergeleken met de vooraf geladen referentie. Het algoritme analyseert verschillen in pixel dichtheid, vorm, positie en kleur.
· Gebreksidentificatie: Afwijkingen die boven de vooraf ingestelde tolerantiedrempels uitkomen, worden geclassificeerd als mogelijke gebreken. Veelvoorkomende gedetecteerde problemen zijn:
· Component-gerelateerd: Ontbrekende onderdelen, polariteitsomkering, verkeerde uitlijning of verkeerde componenttypen.
· Solder-gerelateerd: Solderbruggen, onvoldoende solder, koude solderverbindingen of tombstoning.
· PCB-gerelateerd: Krasjes in banen, ontbrekende contactvlakken of silkscreenfouten.
· 3D AOI-verbetering: 3D-systemen voegen hoogtemetingen toe, waardoor ze kunnen onderscheiden tussen acceptabele soldeerverbindingen en defecten zoals onvoldoende of te veel soldeersel dat 2D AOI mogelijk over het hoofd ziet.

Defectrapportage en actie

Na analyse genereert het systeem bruikbare resultaten voor de productieteams:
· Classificatie en markering van defecten: De AOI sorteert defecten op basis van ernst en markeert hun exacte locaties op de printplaatkaart. Kritieke defecten veroorzaken directe meldingen.
· Gegevensregistratie en rapportage: Gedetailleerde inspectierapporten worden opgeslagen, inclusief defecttypen, locaties en frequentie van voorkomen. Deze gegevens ondersteunen traceerbaarheid en helpen engineers bij het identificeren van terugkerende problemen om het SMT-assemblageproces te optimaliseren.
· Afhandeling na inspectie: De printplaat wordt ofwel doorgestuurd naar een reparatiestation voor correctie van defecten, of doorgestuurd naar de volgende productiefase als er geen defecten zijn gedetecteerd.

Belangrijkste toepassingsfases in PCBA-productie

AOI wordt ingezet op meerdere controlepunten om kwaliteitscontrole over het volledige proces te waarborgen:
· Pre-reflow AOI: controleert de nauwkeurigheid van de componentplaatsing, polariteit en aanwezigheid vóór het solderen, waardoor foutieve componenten worden voorkomen die de reflowoven binnenkomen.
· Post-reflow AOI: de meest voorkomende toepassing, controleert de kwaliteit van de soldeerverbindingen en de integriteit van componenten na reflow-solderen.
· Post-assembly AOI: voert een definitieve inspectie uit van de volledige PCBA om ervoor te zorgen dat deze voldoet aan ontwerp- en industrienormen vóór verzending.

Waar controleert AOI op?
Geautomatiseerde optische inspectie is een contactloze kwaliteitscontroletool voor de fabricage van PCB's/PCBA's, ontworpen om oppervlakdefecten te detecteren door afbeeldingen van de printplaat te vergelijken met gouden monsters of CAD-gegevens. De controles beslaan drie kerncategorieën over verschillende productiefasen heen:

Defecten op substraatniveau van de PCB

Vóór de assemblage van componenten inspecteert AOI de kale PCB op structurele integriteit:
· Spoortekortkomingen: krassen, breuken (onderbroken circuits), kortsluitingen of onjuiste spoordiktes.
· Problemen met paden: ontbrekende paden, verkeerd uitgelijnde paden, oxidatie van paden of oneffenheden op padoppervlakken.
· Oppervlaktefouten: Verontreiniging, stofdeeltjes, afbladdering van soldeermasker, of verkeerde zeefdruk (bijv. verkeerde componentenlabels).
· Gatschade: Misgerichte via's, ontbrekende gaten, of te grote/te kleine geboorde gaten.

Componentplaatsingsfouten

In het pre-reflow stadium (na componentmontage, voor het solderen), controleert AOI de nauwkeurigheid van componenten:
· Aanwezigheid/afwezigheid: Ontbrekende componenten of extra (niet-geplande) componenten op de printplaat.
· Positioneringsfouten: Misgerichte componenten, verplaatste plaatsing, of rotatie buiten tolerantie.
· Polariteitsproblemen: Omgekeerde polariteit van componenten.
· Verkeerde componenten: Verkeerd onderdeeltype, verkeerde waarde, of niet-overeenkomstige pakketgrootte.
· Pootfouten: Opgetilde poten, gebogen poten, of poten niet correct geplaatst op de soldeerpaden.

Loodverbinding Defecten

In het post-reflow stadium (na het solderen), richt AOI zich op soldeerkwaliteit—het meest voorkomende inspectiedoel:
· Onvoldoende soldeersel: Zwakke, onvolledige verbindingen die het risico van slecht elektrisch contact met zich meebrengen.
· Te veel soldeersel: Ongemakkelijke verbindingen die mogelijk kortsluiting veroorzaken.
· Soldeerverbindingen: Ongewenste soldeerverbindingen tussen aangrenzende pads/sporen.
· Koud gesoldeerd: Matte, korrelige verbindingen met zwakke hechting, veroorzaakt door onvoldoende verwarming tijdens het opnieuw smelten.
· Tombstoning: Component kanteling (één uiteinde van het pad opgelicht) door ongelijk smelten van het soldeersel.
· Soldeerkorrels: Kleine, losse soldeerdeeltjes die kortsluiting kunnen veroorzaken in dichte PCB's.

Nasmontage eindcontrole

Voor volledig gemonteerde PCBA voert AOI een uitgebreide eindinspectie uit:
· Algehele volledigheid van de montage en overeenstemming met ontwerpspecificaties.
· Beschadiging van componenten tijdens solderen of hantering.
· Conformiteit aan industrienormen voor de kwaliteit van soldeerverbindingen en componentenplaatsing.

AOI's controles zijn snel, consistent en traceerbaar — genererend gedetailleerde gebreksrapporten om fabrikanten te helpen productieprocessen optimaliseren en productstukkosten verlagen.

Soorten AOI: 2D AOI versus 3D AOI
Bij PCB/PCBA-kwaliteitscontrole wordt Geautomatiseerde Optische Inspectie (AOI) hoofdzakelijk onderverdeeld in 2D AOI en 3D AOI op basis van beeldvorming en meetprincipes. Beide technologieën dienen voor foutdetectie, maar verschillen sterk in nauwkeurigheid, toepassingsscenario's en kernmogelijkheden—met name voor moderne, hoge-dichtheid, geminialiseerde printplaten.

2D AOI
Kernprincipe: Gebruikt 2D vlakke beeldvormingstechnologie, gebaseerd op hoge-resolutie industriële camera's en meervoudige invalshoeken verlichting om 2D-afbeeldingen van PCB/PCBA-oppervlakken vast te nemen. Het detecteert fouten door het vlakke formaat, afmeting en kleur van componenten, soldeerverbindingen en banen te vergelijken met referentie CAD-gegevens of gouden monsters.
Belangrijkste Kenmerken
· Voordelen:
Lage apparatuiskosten en eenvoudig onderhoud, geschikt voor kleine en middelgrote fabrieken met basisinspectiebehoeften.
Snelle scansnelheid, ideaal voor productielijnen met hoog volume van standaard PCB's.
Effectief voor het detecteren van vlakke gebreken.
· Beperkingen:
Vangt alleen oppervlakkige vlakke informatie op en kan geen hoogte en volume meten. Veroorzaakt vaak foutieve beoordelingen of mist 3D-gerelateerde gebreken.
Gevoelig voor valse alarmen door veranderingen in lichtinvalhoek of variaties in componentkleur.
Minder effectief voor fine-pitch componenten en hoogdichte PCB's.
· Typische toepassingsscenario's
Inspectie voor reflow van laagdichte PCB's (controleren op aanwezigheid, polariteit en plaatsingsafwijking van componenten).
Inspectie van eenvoudige soldeerverbindingen op PCB's van consumentenelektronica.
Kostengevoelige productielijnen met basiskwaliteitseisen.

3D AOI
Kernprincipe: Combineert 2D vlakke beeldvorming met 3D-hoogtemetingstechnologie (meestal lasertriangulatie of gestructureerd lichtscannen). Het projecteert laser- of gestructureerd licht op het oppervlak van de PCB/PCBA, berekent de 3D-coördinaten van elk punt door analyse van de lichtreflectiehoek en verplaatsing, en construeert een compleet 3D-model van de printplaat. Foutdetectie is gebaseerd op zowel vlakke positie als hoogte/volumegegevens.
Belangrijkste Kenmerken
· Voordelen:
Nauwkeurige meting van soldeerverbindingen qua hoogte, volume en componentcoplanariteit—waardoor valse alarmen door de beperkingen van 2D-vlakke beeldvorming worden geëlimineerd. Het kan precisiefouten zoals onvoldoende solderen, te veel solderen, tombstoning en opgetilde aansluitdraden exact identificeren.
Hoge detectienauwkeurigheid voor fijne afstandsmaten en complexe componenten, die veel voorkomen in auto-elektronica, medische apparatuur en aerospace PCB's.
Ondersteunt kwantitatieve analyse van fouten, waardoor procesoptimalisatie op basis van gegevens mogelijk is.
· Beperkingen:
Hogere apparatuurkosten en langere scantijd in vergelijking met 2D AOI.
Complexere kalibratie en onderhoud, wat professionele technici vereist.
· Typische toepassingsscenario's
Inspectie na reflow van hoogdichtheid, hoge precisie PCB's.
Inspectie van complexe soldeerverbindingen (BGA, QFN) en geminiaturiseerde componenten.
Productielijnen met strikte kwaliteitseisen.

AOI in PCB en SMT: Belangrijke toepassingsscenario's
Geautomatiseerde optische inspectie is een onmisbaar kwaliteitscontrole-instrument gedurende de gehele processen van PCB-productie en SMT-assembly. Ingezet op cruciale controlepunten in de productie zorgt het voor vroege detectie van defecten, vermindert herwerkingskosten en waarborgt een consistente productkwaliteit. Hieronder staan de kernscenarios, gesorteerd per productiefase.

AOI-toepassingen in PCB-productie (inspectie van blanke PCB's)
AOI wordt gebruikt om de structurele integriteit van kale PCB's te verifiëren voordat componenten worden gemonteerd, gericht op gebreken die ontstaan tijdens het etsen, boren en aanbrengen van de soldeklak.

Inspectie na etsen
· Doel: Controleren op spoorgebreken die de elektrische aansluiting beïnvloeden.
· Gedetecteerde gebreken: Opene circuits (onderbroken sporen), kortsluiting (ongewenste verbindingen tussen sporen), afwijkingen in sporenbreedte, onder- of over-etsen en ontbrekende anti-pads.
· Waarde: Vangt fatale elektrische gebreken vroegtijdig op, waardoor kostbare herwerkzaamheden na assemblage van componenten worden voorkomen.

Inspectie na soldeklak en silkscreen
· Doel: De nauwkeurigheid controleren van de soldeklakbedekking en de silkscreenbedrukking.
· Gedetecteerde gebreken: Loslatend soldeklak, verkeerd uitgelijnde openingen in soldeklak, luchtbellen in soldeklak, onjuiste silkscreenlabels en vervaagde silkscreenaanduidingen.
· Waarde: Zorgt ervoor dat het soldeklak de sporen beschermt tegen oxidatie en dat de silkscreen ondersteuning biedt bij de volgende componentplaatsing en foutopsporing.

Inspectie na boren/via
· Doel: Geboorde gaten en vias inspecteren op mechanische nauwkeurigheid.
· Gedetecteerde gebreken: Misgerichte gaten, te grote/te kleine vias, verstopte vias (onbedoelde blokkering) en ontbrekende vias.
· Waarde: Garandeert betrouwbare verbindingen tussen lagen in meerdere laagse PCB's.

AOI-toepassingen in het SMT-assemblageproces
SMT is de kern van PCBA-productie, en AOI wordt ingezet in drie belangrijke fasen om de kwaliteit van componentplaatsing en soldering te controleren.

Pre-reflow AOI
· Tijdstip: Na het plaatsen van componenten door pick-and-place-machines, voordat de printplaat de reflow-oven binnen gaat.
· Doel: De nauwkeurigheid van componentplaatsing controleren vóór het solderen—dit is het kosteneffectiefste controlepunt om gebreken te herstellen.

Gedetecteerde gebreken:
Componentproblemen: Ontbrekende componenten, extra componenten, verkeerd componenttype/waarde, omgekeerde polariteit.
Plaatsingsproblemen: Componentverschuiving, rotatie buiten tolerantie, opgetilde pinnen, en componenten niet goed op de pads geplaatst.
Waarde: Voorkent defecte printed circuit boards het refluxoven binnen te gaan, wat soldeerafval en naverkende arbeid vermindert.

Post-Reflow AOI
Tijdstip: Onmiddellijk nadat de board het refluxoven verlaat (het meest gebruikte AOI-scenario in SMT).
Doel: Inspecteren van soldeerverbindingen en de integriteit van componenten na solderen.

Gedetecteerde gebreken:
Soldeerverbindingsdefecten: Soldeerverbindingen (kortsluiting tussen pads), ontoereikende soldeer, te veel soldeer, koude soldeerverbindingen (slechte hechting), tombstoning (component kantelen), en soldeerkorrels.
Componentbeschadiging: Gebarsten IC-lichamen, gebogen pinnen door hoge-temperatuur reflux, en verplaatste componenten.
Waarde: Zorgt ervoor dat soldeerverbindingen voldoen aan IPC-standaarden en voorkomt betrouwbaarheidsproblemen in eindproducten.

Post-Assembly AOI
Tijdstip: Na handmatige invoering van through-hole componenten (indien van toepassing) en functionele test.
Doel: Een uitgebreide eindcontrole uitvoeren van de volledig geassembleerde PCBA.
Gedetecteerde gebreken: Ontbrekende through-hole-componenten, onjuist handgesoldeerde verbindingen, beschadigde connectoren en resterende flux of verontreiniging op het oppervlak van de printplaat.
Waarde: Vormt de laatste kwaliteitscontrole voor verzending en zorgt ervoor dat alleen goedgekeurde producten bij klanten terechtkomen.

Gespecialiseerde toepassingsscenario's voor industrieën met hoge betrouwbaarheidseisen

Voor industrieën met strenge kwaliteitseisen wordt AOI afgestemd op specifieke behoeften:

· Autotronica: 3D AOI wordt gebruikt om PCBA's voor motorregelunits (ECU's) en ADAS-systemen te inspecteren, met focus op coplanariteit van soldeerverbindingen en componentbetrouwbaarheid onder hoge-temperatuurcondities.
· Medische apparaten: AOI verifieert PCBA's voor pacemakers, diagnostische apparatuur, enz., om nul defecten te garanderen en zo te voldoen aan FDA- en ISO 13485-normen.
· Lucht- en ruimtevaart & Defensie: Hogeprecisie 3D AOI inspecteert geminiaturiseerde, hoogdichte PCBA's voor avionica, waarbij microgebreken worden gedetecteerd die tot systeemuitval kunnen leiden in extreme omstandigheden.