A.O.I

Что такое AOI?

AOI означает автоматическую оптическую инспекцию — критически важную технологию контроля качества, широко используемую в процессах производства печатных плат (PCB) и монтажа печатных узлов (PCBA). Она использует высококачественные камеры, оптические датчики и алгоритмы машинного зрения для автоматического обнаружения дефектов на печатных платах без физического контакта.

Как работает AOI: процесс инспекции
Автоматический оптический контроль (АОК) работает как система контроля качества без контакта, основанная на визуальном анализе, для производства печатных плат (PCB/PCBA), используя высококачественную съёмку, интеллектуальные алгоритмы и сравнение с эталоном для выявления поверхностных дефектов. Процесс проверки следует четырём основным последовательным этапам, обеспечивая точность и стабильность на производственных линиях.

Настройка и калибровка перед проверкой
Перед сканированием плат система АОК требует настройки под конкретный дизайн PCB/PCBA:
Загрузка эталонных данных: импортируется CAD-файл целевой платы или используется эталонная плата — проверенная плата без дефектов — в качестве контрольного образца. Система отображает ключевые параметры: положение компонентов, размеры контактных площадок, формы паяных соединений и топологию проводников.
Калибровка оптических параметров: Настройте освещение для выявления различных типов дефектов. Например, боковое освещение подчеркивает высоту припоя, а подсветка сзади позволяет обнаружить разрывы проводников. Откалибруйте фокус и разрешение камеры, чтобы чётко захватывать мелкие детали плотных или миниатюрных компонентов.
Установка порогов допуска: Определите допустимые диапазоны отклонений для размещения компонентов, объёма припоя и полярности. Это предотвращает ложные срабатывания, обеспечивая выявление критических дефектов.

Получение изображений
Машина AOI сканирует поверхность PCB/PCBA, чтобы получить высококачественные визуальные данные:
Плата подаётся в зону инспекции по автоматической конвейерной ленте, что обеспечивает устойчивое позиционирование.
Высокоскоростные промышленные камеры захватывают изображения платы с нескольких углов (2D или 3D, в зависимости от модели AOI). AOI с 3D-сканированием использует лазерное измерение высоты, что позволяет более точно определять объём припоя и копланарность компонентов.
Система объединяет отдельные изображения в полную высококачественную карту всей поверхности платы для инспекции с полным охватом.

Анализ изображений и обнаружение дефектов

Это ключевой этап, на котором система выявляет аномалии путем интеллектуального сравнения:
· Сравнение по пикселям: захваченное изображение платы сравнивается с загруженным эталоном. Алгоритм анализирует различия в плотности пикселей, форме, положении и цвете.
· Определение дефектов: отклонения, превышающие установленные пороговые значения допусков, классифицируются как потенциальные дефекты. К типичным выявляемым проблемам относятся:
· Связанные с компонентами: отсутствующие детали, обратная полярность, смещение или неправильные типы компонентов.
· Связанные с пайкой: перемычки при пайке, недостаточный объем припоя, холодная пайка или эффект «гроба» (tombstoning).
· Связанные с печатной платой: царапины на проводниках, отсутствующие контактные площадки или ошибки шелкографии.
· Улучшение 3D AOI: системы 3D добавляют анализ измерения высоты, позволяя различать допустимые припои и дефекты, такие как недостаточный или избыточный припой, которые 2D AOI может пропустить.

Сообщение о дефектах и действия

После анализа система генерирует результаты, которые могут быть использованы производственным персоналом:
· Классификация и маркировка дефектов: AOI сортирует дефекты по степени серьёзности и отмечает их точные местоположения на карте платы. Критические дефекты вызывают немедленные оповещения.
· Регистрация данных и отчётность: Подробные отчёты по результатам инспекции сохраняются, включая типы дефектов, их местоположения и частоту возникновения. Эти данные обеспечивают прослеживаемость и помогают инженерам выявлять повторяющиеся проблемы для оптимизации процесса SMT-монтажа.
· Обработка после инспекции: плата направляется на станцию ремонта для исправления дефектов или передаётся на следующий этап производства, если дефекты не обнаружены.

Ключевые этапы применения в производстве PCBA

AOI используется на нескольких контрольных точках для обеспечения полного контроля качества по всему процессу:
· Предварительная AOI до паяльной печи: Проверяет точность установки компонентов, полярность и наличие перед пайкой, предотвращая поступление неисправных компонентов в паяльную печь.
· AOI после паяльной печи: Наиболее распространённое применение, проверка качества паяльных соединений и целостности компонентов после пайки в паяльной печи.
· AOI после сборки: Выполняет окончательный контроль готовой PCBA, чтобы обеспечить соответствие проектным и отраслевым стандартам перед отгрузкой.

Что проверяет AOI?
Автоматическая оптическая инспекция — это инструмент контроля качества без контакта в производстве PCB/PCBA, предназначенный для выявления поверхностных дефектов путём сравнения изображений платы с образцовыми образами или CAD-данными. Её проверки охватывают три основные категории на различных этапах производства:

Дефекты субстрата PCB

До сборки компонентов AOI проверяет пустую PCB на целостность структуры:
· Дефекты проводников: царапины, разрывы (обрывы цепи), короткие замыкания или неправильная ширина проводников.
· Проблемы контактных площадок: отсутствующие площадки, смещённые площадки, окисление контактных площадок или неровные поверхности площадок.
· Дефекты поверхности: загрязнения, частицы пыли, отслоение паяльной маски или неправильная шелкография (например, неверные обозначения компонентов).
· Дефекты отверстий: смещенные переходные отверстия, отсутствующие отверстия или отверстия с неправильным диаметром (слишком большие или слишком маленькие).

Дефекты установки компонентов

На этапе до оплавления (после монтажа компонентов, до пайки) автоматический оптический контроль (AOI) проверяет точность установки компонентов:
· Наличие/отсутствие: отсутствующие компоненты или лишние (незапланированные) компоненты на плате.
· Ошибки позиционирования: смещенные компоненты, неправильное размещение или вращение за пределами допуска.
· Проблемы полярности: неправильная ориентация компонентов с учетом полярности.
· Неверные компоненты: не тот тип детали, не то значение или несоответствие размера корпуса.
· Дефекты выводов: приподнятые выводы, погнутые выводы или выводы, неправильно установленные на контактные площадки.

Дефекты паяных соединений

На этапе после оплавления (после пайки) AOI фокусируется на качестве паяных соединений — наиболее распространённом объекте контроля:
· Недостаточно припоя: слабые, неполные соединения, которые могут привести к плохому электрическому контакту.
· Избыток припоя: громоздкие соединения, которые могут вызвать короткое замыкание.
· Мосты из припоя: нежелательные соединения из припоя между соседними контактными площадками/проводниками.
· Холодный припой: тусклые, зернистые соединения с плохой адгезией, вызванные недостаточным нагревом во время пайки.
· Эффект могилы (tombstoning): наклон компонента (один конец поднят с площадки) из-за неравномерного плавления припоя.
· Шарики припоя: мелкие случайные частицы припоя, которые могут вызвать короткое замыкание на плотных печатных платах.

Финальная проверка после сборки

Для полностью собранных печатных плат AOI выполняет комплексную финальную проверку:
· Полная комплектность сборки и соответствие проектным спецификациям.
· Повреждение компонентов во время пайки или при обращении.
· Соответствие отраслевым стандартам качества пайки и размещения компонентов.

Проверки AOI быстрые, стабильные и поддаются отслеживанию — формируются подробные отчёты о дефектах, помогающие производителям оптимизировать производственные процессы и снизить уровень брака.

Типы АОИ: 2D АОИ против 3D АОИ
В контроле качества печатных плат (PCB/PCBA) автоматическая оптическая инспекция (АОИ) в основном делится на 2D АОИ и 3D АОИ в зависимости от принципов визуализации и измерения. Обе технологии используются для обнаружения дефектов, но значительно различаются по точности, областям применения и основным возможностям — особенно для современных высокоплотных и миниатюрных печатных плат.

2D АОИ
Основной принцип: Использует 2D плоскостное изображение, опираясь на промышленные камеры высокого разрешения и многоугольное освещение для захвата 2D-изображений поверхностей PCB/PCBA. Обнаружение дефектов осуществляется путем сравнения формы, размера и цвета компонентов, паяных соединений и проводников с данными CAD-модели или образцовыми образами.
Ключевые особенности
· Преимущества:
Низкая стоимость оборудования и простое техническое обслуживание, подходит для небольших и средних предприятий с базовыми потребностями инспекции
Высокая скорость сканирования, идеально подходит для производственных линий с высоким объемом стандартных печатных плат.
Эффективен для обнаружения плоскостных дефектов.
· Ограничения:
Фиксирует только плоскостную информацию, не может измерять высоту и объем. Часто ошибочно определяет или пропускает дефекты, связанные с 3D-геометрией.
Склонен к ложным срабатываниям из-за изменения угла освещения или различий в цвете компонентов.
Менее эффективен для компонентов с мелким шагом и высокоплотных печатных плат.
· Типичные сценарии применения
Инспекция до оплавления низкоплотных печатных плат (проверка наличия компонентов, полярности и смещения установки).
Проверка простых дефектов паяных соединений на печатных платах бытовой электроники.
Производственные линии с ограниченным бюджетом и базовыми требованиями к качеству.

3D AOI
Основной принцип: сочетает 2D-плоскостную визуализацию с технологией измерения высоты в 3D (обычно лазерная триангуляция или сканирование структурированным светом). Система проецирует лазерный или структурированный свет на поверхность печатной платы/смонтированной платы, вычисляет 3D-координаты каждой точки путем анализа угла отражения и смещения света, а затем строит полную 3D-модель платы. Обнаружение дефектов основывается как на плоскостном положении, так и на данных о высоте и объеме.
Ключевые особенности
· Преимущества:
Точное измерение высоты и объема паяных соединений, а также копланарности компонентов — исключение ложных срабатываний, вызванных ограничениями 2D-визуализации. Система способна точно выявлять дефекты, такие как недостаточный объем припоя, избыток припоя, эффект «камня на могиле» (tombstoning) и отрыв выводов.
Высокая точность обнаружения мелкошаговых и сложных компонентов, которые часто используются в автомобильной электронике, медицинских устройствах и аэрокосмических платах.
Поддерживает количественный анализ дефектов, что позволяет оптимизировать производственные процессы на основе данных.
· Ограничения:
Более высокая стоимость оборудования и более длительное время сканирования по сравнению с 2D AOI.
Более сложная калибровка и обслуживание, требующие привлечения квалифицированных специалистов.
· Типичные сценарии применения
Инспекция после пайки высокоплотных и высокоточных печатных плат.
Проверка сложных паяных соединений (BGA, QFN) и миниатюрных компонентов.
Производственные линии с жёсткими требованиями к качеству.

AOI в производстве печатных плат и поверхностного монтажа: ключевые сценарии применения
Автоматический оптический контроль является незаменимым инструмом контроля качества на всех этапах изготовления печатных плат и сборки с использованием технологии поверхностного монтажа. Применение на критических контрольных точках производственного процесса обеспечивает раннее выявление дефектов, снижение затрат на переделку и поддержание постоянного уровня качества продукции. Ниже приведены основные сценарии его применения, сгруппированные по этапам производства.

Применение AOI в производстве печатных плат (контроль несмонтированных плат)
AOI используется для проверки структурной целостности несмонтированных печатных плат до установки компонентов, с целью выявления дефектов, возникших в процессе травления, сверления и нанесения паяльной маски.

Инспекция после травления
· Назначение: Проверка дефектов проводников, влияющих на электрическую связь.
· Выявленные дефекты: разомкнутые цепи (оборванные проводники), короткие замыкания (нежелательные соединения проводников), отклонения ширины проводников, недостаточное или чрезмерное травление, отсутствие антиподушек.
· Преимущество: выявление критических электрических дефектов на раннем этапе, предотвращение дорогостояшего переделывания после монтажа компонентов.

Инспекция после нанесения паяльной маски и шелкографии
· Назначение: Проверка точности покрытия паяльной маски и качества нанесения шелкографии.
· Выявленные дефекты: отслаивание паяльной маски, несоосные окна паяльной маски, пузыри в паяльной маске, неправильные надписи шелкографии, размазывание шелкографии.
· Преимущество: обеспечивает защиту проводников от окисления паяльной маской и помогает при последующем монтаже и поиске неисправностей благодаря шелкографии.

Инспекция после сверления/вия
· Назначение: Проверка просверленных отверстий и переходных отверстий на механическую точность.
· Обнаруженные дефекты: Смещённые отверстия, переходные отверстия неправильного размера (больше или меньше допустимого), заблокированные переходные отверстия (неумышленное засорение), отсутствующие переходные отверстия.
· Ценность: Гарантирует надёжное соединение между слоями в многослойных печатных платах.

Применение АОИ в процессе SMT-монтажа
SMT является основой производства PCBA, и АОИ используется на трёх ключевых этапах для контроля качества установки компонентов и пайки.

АОИ до оплавления
· Время: После монтажа компонентов установочными машинами, до ввода платы в печь оплавления.
· Назначение: Проверка точности установки компонентов до пайки — это наиболее экономически эффективный этап для исправления дефектов.

Обнаруженные дефекты:
Проблемы с компонентами: Отсутствующие компоненты, лишние компоненты, неправильный тип или номинал компонента, обратная полярность.
Проблемы размещения: смещение компонентов, вращение за пределами допуска, приподнятые выводы и компоненты, не установленные на контактные площадки.
Ценность: предотвращает попадание дефектных плат в печь оплавления, снижая потери припоя и трудозатраты на переделку.

AOI после оплавления
Время: сразу после выхода платы из печи оплавления (наиболее распространённый сценарий AOI в технологии SMT).
Назначение: проверка качества паяных соединений и целостности компонентов после пайки.

Обнаруженные дефекты:
Дефекты паяных соединений: мостики между контактами (короткое замыкание), недостаток припоя, избыток припоя, холодная пайка (плохая адгезия), эффект «камня на кладбище» (наклон компонента) и шарики припоя.
Повреждение компонентов: трещины в корпусах ИС, загнутые выводы вследствие высокотемпературного оплавления и смещённые компоненты.
Ценность: обеспечивает соответствие паяных соединений стандартам IPC и предотвращает проблемы с надёжностью конечной продукции.

AOI после сборки
Время: после ручной установки компонентов в сквозные отверстия (если применимо) и функционального тестирования.
Цель: Проведение комплексной окончательной проверки полностью собранной печатной платы.
Обнаруженные дефекты: Отсутствующие компоненты с выводами для сквозного монтажа, неправильная ручная пайка, повреждённые разъёмы и остатки флюса или загрязнения на поверхности платы.
Значение: Служит последним этапом контроля качества перед отправкой, обеспечивая поставку клиентам только качественных изделий.

Специализированные сценарии применения в отраслях с высокими требованиями к надёжности

Для отраслей с жёсткими требованиями к качеству автоматическая оптическая инспекция (AOI) адаптируется под конкретные нужды:

· Автомобильная электроника: 3D AOI используется для инспекции печатных плат блоков управления двигателем (ECU) и систем ADAS, с акцентом на копланарность паяных соединений и надёжность компонентов при высоких температурах.
· Медицинская техника: AOI проверяет печатные платы кардиостимуляторов, диагностического оборудования и т.д., гарантируя отсутствие дефектов для соответствия стандартам FDA и ISO 13485.
· Аэрокосмическая промышленность и оборона: Высокоточная 3D AOI осуществляет инспекцию миниатюрных печатных плат с высокой плотностью компонентов для авионики, выявляя микродефекты, которые могут привести к отказу системы в экстремальных условиях.