A.O.I

Czym jest AOI?
AOI to skrót od Automated Optical Inspection, czyli zautomatyzowanej kontroli optycznej – kluczowej technologii kontroli jakości stosowanej powszechnie w procesach produkcji płytek PCB i PCBA. Wykorzystuje kamery o wysokiej rozdzielczości, czujniki optyczne oraz algorytmy widzenia maszynowego do automatycznego wykrywania defektów na płytach obwodów drukowanych bez konieczności fizycznego kontaktu.

Jak działa AOI: Proces inspekcji
Automatyczna optyczna kontrola jakości (AOI) działa jako system kontroli jakości bez kontaktu, wykorzystujący wizyjne metody w produkcji PCB/PCBA, opierając się na wysokiej rozdzielczości obrazowania, inteligentnych algorytmach oraz porównaniu z danymi referencyjnymi w celu wykrywania wad powierzchniowych. Proces inspekcji składa się z czterech podstawowych, kolejnych kroków, gwarredujących precyzję i spójność na liniach produkcyjnych.

Przygotowanie i kalibracja przed inspekcją
Zanim system skanuje płytki, konieczne jest skonfigurowanie systemu AOI zgodnie z konkretnym projektem PCB/PCBA:
Załaduj dane referencyjne: zaimportuj plik projektu CAD docelowej płytki lub użyj próbki referencyjnej – zweryfikowanej, bezbłędnej płytki – jako punktu odniesienia dla inspekcji. System mapuje kluczowe parametry: położenia komponentów, rozmiary pól lutowniczych, kształty złączy lutowniczych oraz układ śladów.
Kalibracja parametrów optycznych: Dostosuj warunki oświetlenia, aby uwidocznić różne typy wad. Na przykład oświetlenie boczne ujawnia wysokość złączy lutowniczych, podczas gdy oświetlenie tylne wykrywa przerwy w śladach. Skalibruj ostrość i rozdzielczość kamery, aby uchwycić drobne szczegóły gęsto rozmieszczonych lub zmniejszonych komponentów.
Ustal progi tolerancji: Zdefiniuj dopuszczalne zakresy odchylenia dla rozmieszczenia komponentów, objętości lutu oraz polaryzacji. Zapobiega to fałszywym alarmom, jednocześnie zapewniając wykrywanie krytycznych wad.

Pobieranie obrazu
Maszyna AOI skanuje powierzchnię płytki PCB/PCBA, aby pozyskać wysokiej jakości dane wizyjne:
Płytka jest transportowana do strefy inspekcji za pomocą automatycznej taśmy transmisyjnej, zapewniającej stabilne pozycjonowanie.
Przemysłowe kamery o dużej szybkości wykonują zdjęcia płytki z wielu kątów (2D lub 3D, w zależności od modelu AOI). AOI 3D wykorzystuje skanowanie laserowe do pomiaru wysokości, umożliwiając dokładniejsze wykrywanie objętości złączy lutowniczych oraz współpłaszczyznowości komponentów.
System łączy poszczególne obrazy w kompletną, wysokiej rozdzielczości mapę całej powierzchni płyty do pełnego sprawdzenia.

Analiza obrazu i wykrywanie wad

To jest kluczowy etap, w którym system identyfikuje odchylenia poprzez inteligentne porównanie:
· Porównanie piksel po pikselu: Przechwycony obraz płyty jest porównywany z załadowanym wcześniej wzorem. Algorytm analizuje różnice w gęstości pikseli, kształcie, położeniu i kolorze.
· Identyfikacja wad: Odchylenia przekraczające ustawione progi tolerancji są klasyfikowane jako potencjalne wady. Do najczęstszych wykrywanych problemów należą:
· Związane z komponentami: Brakujące elementy, odwrócona polaryzacja, niepoprawne ustawienie lub błędne typy komponentów.
· Związane z lutem: Mostki lutu, niedostateczna ilość lutowia, zimne lutowanie lub zjawisko „tombstoning”.
· Związane z płytą PCB: Zarysowania śladów, brakujące pola lutownicze lub błędy sitodruku.
· Ulepszenie AOI 3D: Systemy 3D dodają analizę pomiaru wysokości, pozwalając na odróżnienie dopuszczalnych zarysów lutowania od wad takich jak niedostateczna ilość lutu lub nadmiar lutu, które systemy 2D AOI mogą przeoczyć.

Raportowanie wad i działania

Po zakończeniu analizy system generuje wyniki gotowe do wdrożenia przez zespoły produkcyjne:
· Klasyfikacja i oznaczenie wad: AOI sortuje wady według stopnia powagi i zaznacza ich dokładne położenie na mapie płytki. Krytyczne wady wyzwalają natychmiastowe alerty.
· Rejestracja danych i raportowanie: Szczegółowe raporty z inspekcji są przechowywane, w tym typy wad, ich lokalizacje oraz częstość występowania. Te dane wspierają śledzenie i pomagają inżynierom identyfikować powtarzające się problemy w celu optymalizacji procesu montażu SMT.
· Obsługa po inspekcji: płytka jest kierowana do stacji naprawy w celu korekty wad lub przekazywana do następnego etapu produkcji, jeśli nie stwierdzono żadnych wad.

Kluczowe etapy zastosowania w produkcji PCBA

AOI jest stosowane na wielu punktach kontrolnych, aby zapewnić kompleksową kontrolę jakości procesu:
· AOI przed lutowaniem: Sprawdza dokładność rozmieszczenia komponentów, polaryzację oraz obecność przed lutowaniem, zapobiegając wprowadzeniu uszkodzonych komponentów do pieca lutowania.
· AOI po lutowaniu: Najczęstsze zastosowanie, sprawdza jakość połączeń lutowanych i integralność komponentów po procesie lutowania.
· AOI po montażu: Wykonuje końcową kontrolę gotowej płytki PCB/PCBA, aby zapewnić zgodność z projektem i standardami branżowymi przed wysyłką.

Co sprawdza AOI?
Automatyczna Optyczna Kontrola Jakości to bezkontaktowe narzędzie kontroli jakości w produkcji PCB/PCBA, zaprojektowane do wykrywania wad powierzchniowych poprzez porównanie obrazów płytki z wzorcem referencyjnym lub danymi CAD. Zakres kontroli obejmuje trzy główne kategorie na różnych etapach produkcji:

Wady podłoża PCB

Przed montażem komponentów, AOI sprawdza pustą płytkę PCB pod kątem integralności struktury:
· Wady śladów: Zarysowania, przerwania (obwody otwarte), zwarcia lub niepoprawna szerokość śladów.
· Problemy z padami: Brakujące pady, niepoprawnie ułożone pady, utlenienie padów lub nierówna powierzchnia padów.
· Wady powierzchni: Zanieczyszczenie, cząstki kurzu, odpadanie warstwy lakierniczej, lub niepoprawne nadruki sitowe (np. błędne oznaczenia komponentów).
· Wady otworów: Niepoprawnie rozmieszczone przelotki, brakujące otwory lub otwory przewiercone w błędnych rozmiarach (za duże/za małe).

Wady rozmieszczenia komponentów

Na etapie przed lutowaniem (po montowaniu komponentów, przed lutowaniem), AOI weryfuje dokładność rozmieszczenia komponentów:
· Obecność/brak: Brakujące komponenty lub dodatkowe (niezaplanowane) komponenty na płytce.
· Błędy pozycjonowania: Niepoprawnie ustawione komponenty, przesunięcie położenia lub obrót poza dopuszczalnymi tolerancjami.
· Problemy z polaryzacją: Odwrócona polaryzacja komponentów.
· Niepoprawne komponenty: Błędny typ części, błędna wartość lub niezgodny rozmiar obudowy.
· Wady wyprowadzeń: Podniesione wyprowadzenia, wygięte wyprowadzenia lub wyprowadzenia niepoprawnie osadzone na padach.

Wady złączy lutowane

Na etapie po lutowaniu (po procesie lutowania), AOI skupia się na jakości lutowania — najbardziej powszechnym przedmiotem inspekcji:
· Niewystarczająca ilość lutu: Słabe, niekompletne połączenia niosące ryzyko złego kontaktu elektrycznego.
· Nadmiar lutu: Grube połączenia, które mogą powodować zwarcia.
· Mostki lutownicze: Niepożądane połączenia lutem między sąsiednimi polami/ścieżkami.
· Zimne lutowanie: Matowe, ziarniste połączenia o słabej przyczepności, spowodowane niedostatecznym nagrzaniem podczas lutowania wtórnego.
· Efekt nagrobka (tombstoning): Nachylenie elementu (jeden koniec odrywa się od pola) spowodowane nierównym stopieniem lutu.
· Kulki lutownicze: Drobne przypadkowe cząstki lutu, które mogą powodować zwarcia na gęsto upakowanych płytkach PCB.

Kontrole końcowe po montażu

Dla całkowicie zamontowanych płytek PCBA, AOI przeprowadza kompleksową kontrolę końcową:
· Kompletność ogólna montażu oraz zgodność z specyfikacjami projektowymi.
· Uszkodzenia komponentów podczas lutowania lub manipulacji.
· Zgodność z normami branżowymi dotyczącymi jakości połączeń lutowniczych i rozmieszczenia komponentów.

Kontrole AOI są szybkie, spójne i śledzone – generują szczegółowe raporty wad, aby pomóc producentom optymalizować procesy produkcyjne i zmniejszać wskaźniki awarii produktów.

Typy AOI: AOI 2D vs. AOI 3D
W kontroli jakości PCB/PCBA, Automatyczna Optyczna Inspekcja (AOI) jest podzielona głównie na AOI 2D i AOI 3D, w zależności od zasad obrazowania i pomiaru. Obie technologie służą wykrywaniu wad, ale różnią się znacząco pod względem dokładności, scenariuszy zastosowania oraz kluczowych możliwości – szczególnie w przypadku nowoczesnych, wysokiej gęstości i zminiaturyzowanych płytek obwodów drukowanych.

aOI 2D
Podstawowa zasada: Wykorzystuje technologię obrazowania płaskiego 2D, opierając się na wysokiej rozdzielczości przemysłowych kamer oraz oświetlenia wielokątowego, aby przechwytywać obrazy 2D powierzchni PCB/PCBA. Wykrywa wady poprzez porównanie kształtu, rozmiaru i koloru elementów, złącz spoiw i śladów na płaszczyźnie z danymi referencyjnymi CAD lub wzorcowymi próbkami.
Kluczowe cechy
· Zalety:
Niski koszt sprzętu i łatwa konserwacja, odpowiedni dla małych i średnich zakładów o podstawowych potrzebach kontroli
Szybka prędkość skanowania, idealna dla linii produkcyjnych o dużej wydajności standardowych płytek PCB.
Efektywna w wykrywaniu defektów płaskich.
· Ograniczenia:
Rejestruje wyłącznie informacje o powierzchni płaskiej, nie jest w stanie mierzyć wysokości ani objętości. Często błędnie identyfikuje lub pomija defekty związane z trzecim wymiarem.
Narażona na fałszywe alarmy spowodowane zmianami kąta oświetlenia lub różnicami w kolorze elementów.
Mniej skuteczna w przypadku elementów o małym skoku i gęsto upakowanych płytek PCB.
· Typowe scenariusze zastosowań
Inspekcja przed lutowaniem płyt o niskiej gęstości (sprawdzanie obecności elementów, polaryzacji oraz przesunięcia ich montażu).
Inspekcja prostych defektów złączy lutowniczych na płytach PCB urządzeń konsumenckich.
Linie produkcyjne wrażliwe na koszty z podstawowymi wymaganiami jakościowymi.

3D AOI
Zasada działania: Łączy 2D obrazowanie płaskie z technologią pomiaru wysokości w 3D (zazwyczaj triangulacja laserowa lub skanowanie światłem strukturalnym). Projektuje światło laserowe lub strukturalne na powierzchnię płytki PCB/PCBA, oblicza współrzędne 3D każdego punktu poprzez analizę kąta odbicia i przesunięcia światła, a następnie tworzy kompletny model 3D płytki. Wykrywanie defektów opiera się na danych dotyczących położenia płaskiego oraz wysokości/objętości.
Kluczowe cechy
· Zalety:
Dokładny pomiar wysokości i objętości złączy lutowniczych oraz współpłaszczyznowości komponentów — eliminacja fałszywych alarmów spowodowanych ograniczeniami 2D obrazowania płaskiego. Może precyzyjnie identyfikować defekty takie jak niedomiar, nadmiar lutu, tzw. efekt „tombstoning” oraz uniesione wyprowadzenia.
Wysoka dokładność wykrywania defektów w przypadku elementów o małych odstępach i złożonej budowie, które są typowe dla elektroniki samochodowej, urządzeń medycznych oraz płytek stosowanych w przemyśle lotniczym i kosmicznym.
Obsługuje ilościową analizę defektów, umożliwiając optymalizację procesu na podstawie danych.
· Ograniczenia:
Wyższy koszt sprzętu oraz dłuższy czas skanowania w porównaniu do 2D AOI.
Złożona kalibracja i konserwacja, wymagająca techników specjalistów.
· Typowe scenariusze zastosowań
Inspekcja płytek PCB o dużej gęstości i wysokiej precyzji po procesie lutowania.
Inspekcja złożonych złączy lutowanych (BGA, QFN) oraz miniaturyzowanych komponentów.
Linie produkcyjne z surowymi wymaganiami jakości.

AOI w PCB i SMT: Kluczowe scenariusze zastosowań
Automatyczna kontrola optyczna jest nieodzownym narzędziem kontroli jakości w całym procesie produkcji płytek PCB i montażu SMT. Stosowana na kluczowych punktach kontrolnych linii produkcyjnej, zapewnia wczesne wykrywanie wad, zmniejsza koszty poprawek i utrzymuje stabilną jakość produktu. Poniżej przedstawiono kluczowe scenariusze zastosowań, pogrupowane według etapu produkcji.

Zastosowania AOI w produkcji PCB (kontrola płytek gołych)
AOI jest stosowane do weryfikacji integralności strukturalnej pustych płytek PCB przed montażem komponentów, wykrywając wady powstałe podczas trawienia, wiercenia i nanoszenia maski lutowniczej.

Inspekcja po trawieniu
· Cel: Sprawdzenie występowania wad śladów wpływających na przewodność elektryczną.
· Wykrywane wady: Przerwane obwody (przerwane ślady), zwarcia (niepożądane połączenia śladów), odchylenia szerokości śladów, niedotrawienie/przetrawienie oraz brakujące anty-pady.
· Wartość: Wczesne wykrywanie krytycznych wad elektrycznych, zapobiegające kosztownej poprawce po zamontowaniu komponentów.

Inspekcja po nałożeniu maski lutowniczej i nadruku sylkograficznego
· Cel: Zweryfikowanie dokładności pokrycia maski lutowniczej oraz jakości nadruku sylkograficznego.
· Wykrywane wady: Odspajanie się maski lutowniczej, niepoprawnie ustawione otwory w masce lutowniczej, pęcherze w masce lutowniczej, błędne oznaczenia sylkograficzne oraz rozmazany nadruk sylkograficzny.
· Wartość: Gwarantuje, że maska lutownicza chroni ślady przed utlenianiem, a nadruk sylkograficzny ułatwia późniejsze montowanie komponentów i lokalizację usterek.

Inspekcja po wierceniu/otworach przelotowych
· Cel: Kontrola otworów i przelotek pod kątem dokładności mechanicznej.
· Wykrywane wady: Niepoprawnie rozmieszczone otwory, przelotki o zbyt dużej/małej średnicy, przelotki zabite (niezamierzone zablokowanie), brakujące przelotki.
· Wartość: Gwarantuje niezawodne połączenia między warstwami w wielowarstwowych płytkach PCB.

Zastosowania AOI w procesie montażu SMT
SMT to rdzeń produkcji PCBA, a system AOI jest stosowany na trzech kluczowych etapach w celu kontroli jakości umieszczania komponentów i lutowania.

AOI przed lutowaniem
· Termin: Po zamontowaniu komponentów przez maszyny pick-and-place, przed wejściem płytki do pieca lutowalnego.
· Cel: Weryfikacja dokładności rozmieszczenia komponentów przed lutowaniem — to najbardziej opłacalny punkt kontrolny do usuwania wad.

Wykrywane wady:
Problemy z komponentami: Brakujące komponenty, nadmiarowe komponenty, niewłaściwy typ/wartość komponentu, odwrócona polaryzacja.
Problemy z rozmieszczeniem: Przesunięcie elementu, obrót poza tolerancją, uniesione wyprowadzenia oraz elementy nie osadzone na powierzchniach lutowniczych.
Wartość: Zapobiega wejściu uszkodzonych płytek do pieca lutowalnego, zmniejszając marnowanie lutu i pracę związaną z poprawkami.

AOI po lutowaniu
Czasowanie: Natychmiast po wyjściu płytki z pieca lutowalnego (najczęściej stosowany scenariusz AOI w technologii SMT).
Cel: Kontrola jakości połączeń lutowniczych oraz integralności elementów po lutowaniu.

Wykrywane wady:
Wady połączeń lutowniczych: Mostki lutownicze (zwarcia między powierzchniami), niewystarczająca ilość lutu, nadmiar lutu, zimne luty (słabe przyleganie), efekt kamienia nagrobnego (przechylenie elementu) oraz kulki lutownicze.
Uszkodzenia elementów: Pęknięte obudowy układów scalonych, wygięte wyprowadzenia spowodowane wysoką temperaturą podczas lutowania, oraz przesunięte elementy.
Wartość: Gwarantuje, że połączenia lutownicze spełniają normy IPC oraz zapobiega problemom z niezawodnością końcowych produktów.

AOI po montażu
Czasowanie: Po ręcznym montażu elementów przelotowych (jeśli ma zastosowanie) oraz testowaniu funkcjonalnym.
Cel: Przeprowadzenie kompleksowej końcowej kontroli całkowicie zamontowanej płytki PCB.
Wykryte wady: Brakujące elementy przelotowe, nieprawidłowe lutowanie ręczne, uszkodzone złącza oraz pozostałości topnika lub zanieczyszczenia na powierzchni płytki.
Wartość: Stanowi końcową barierę jakości przed wysyłką, zapewniając, że tylko produkty spełniające wymagania trafiają do klientów.

Specjalistyczne scenariusze zastosowań dla branż o wysokiej niezawodności

Dla branż o surowych wymaganiach jakościowych AOI jest dostosowywane do konkretnych potrzeb:

· Elektronika samochodowa: aOI 3D jest stosowane do inspekcji płytek PCB jednostek sterujących silnikiem (ECU) i systemów ADAS, skupiając się na współpłaszczyznowości połączeń lutowniczych oraz niezawodności komponentów w warunkach wysokich temperatur.
· wyroby medyczne: AOI weryfikuje płytki PCB dla rozruszników serca, sprzętu diagnostycznego itp., zapewniając zerową liczbę wad zgodnie ze standardami FDA i ISO 13485.
· Lotnictwo i obronność: Wysokoprecyzyjne AOI 3D bada miniaturyzowane, wysokogęstościowe płytki PCB dla systemów lotniczych, wykrywając mikrowady, które mogą spowodować awarię systemu w ekstremalnych warunkach.