A.O.I

Čo je AOI?
AOI znamená Automated Optical Inspection, čo je kľúčová technológia kontroly kvality široko využívaná v procesoch výroby PCB a PCBA. Využíva kamery s vysokým rozlíšením, optické snímače a algoritmy strojového vídenia na automatické detekovanie chýb na doskách plošných spojov bez fyzického kontaktu.

Ako funguje AOI: Proces inšpekcie
Automatická optická kontrola (AOI) funguje ako bezkontaktný, vizuálne riadený systém kontroly kvality pre výrobu dosiek plošných spojov (PCB/PCBA), pričom sa opiera o snímanie s vysokým rozlíšením, inteligentné algoritmy a porovnávanie so vzorom na detekciu povrchových chýb. Proces kontroly nasleduje štyri základné, postupné kroky, čo zabezpečuje presnosť a konzistenciu po celých výrobných linkách.

Nastavenie a kalibrácia pred kontrolou
Pred začatím skenovania dosiek vyžaduje systém AOI konfiguráciu podľa konkrétneho dizajnu dosky PCB/PCBA:
Načítanie referenčných údajov: Importujte súbor CAD dizajnu cieľovej dosky alebo použite zlatý vzor – overenú bezchybnú dosku – ako referenčný predpis pre kontrolu. Systém mapuje kľúčové parametre: pozície komponentov, veľkosti plôšok, tvary spájkovacích spojov a usporiadanie spojov.
Kalibrácia optických parametrov: Upravte podmienky osvetlenia, aby sa zvýraznili rôzne typy chýb. Napríklad bočné osvetlenie odhaľuje výšku spájkovacích spojov, zatiaľ čo prechodné osvetlenie zisťuje prerušenia spojov. Zkalibrujte zaostrenie a rozlíšenie kamery tak, aby zachytili jemné detaily hustých alebo miniaturizovaných komponentov.
Nastavenie medzi tolerancií: Definujte prijateľné rozsahy odchýlok pre umiestnenie komponentov, objem spájkovania a polaritu. Tým sa predchádza falošným poplachom a zároveň sa zabezpečí, že kritické chyby budú označené.

Získavanie obrazu
AOI stroj skenuje povrch dosky PCB/PCBA, aby zachytil vizuálne údaje vysokej kvality:
Doska je automatickou dopravnou páskou privádzaná do oblasti inšpekcie, čo zabezpečuje stabilnú polohu.
Priemyselné kamery s vysokou rýchlosťou zachytávajú obrázky dosky z viacerých uhlov (2D alebo 3D, v závislosti od modelu AOI). 3D AOI používa laserové skenovanie na meranie výšky, čo umožňuje presnejšie zistenie objemu spájkovacích spojov a rovinatosti komponentov.
Systém zliepuje jednotlivé obrázky do úplného, vysokorozlíšeného mapovania celej plochy dosky pre kompletnú kontrolu.

Analýza obrázkov a detekcia chýb

Toto je kľúčový krok, v ktorom systém identifikuje odchýlky prostredníctvom inteligentného porovnania:
· Porovnanie pixel po pixeli: Zachytený obrázok dosky sa porovnáva s prednastaveným referenčným obrázkom. Algoritmus analyzuje rozdiely v hustote pixelov, tvare, polohe a farbe.
· Identifikácia chýb: Odchýlky presahujúce prednastavené limity sú klasifikované ako potenciálne chyby. Bežne detekované problémy zahŕňajú:
· Súvisiace s komponentmi: Chýbajúce súčiastky, obrátená polarita, nesprávne zarovnanie alebo nesprávny typ komponentu.
· Súvisiace so spájkou: Spojenie spájkou (solder bridge), nedostatok spájky, studená spájka alebo efekt „hrobky“ (tombstoning).
· Súvisiace s doskou plošných spojov (PCB): Škrabance na stopkách, chýbajúce plošky alebo chyby tlače silktšcreenu.
· Vylepšenie 3D AOI: 3D systémy pridávajú analýzu merania výšky, ktorá odlišuje prijateľné spájkové plôšky od chýb, ako je nedostatok spájky alebo jej nadbytok, ktoré môže 2D AOI prehliadnuť.

Hlásenie chýb a opatrenia

Po analýze systém generuje konkrétne výsledky pre výrobné tímy:
· Klasifikácia a označenie chýb: AOI triedi chyby podľa závažnosti a označuje ich presné umiestnenie na mape dosky. Kritické chyby spustia okamžité upozornenia.
· Zaznamenávanie údajov a správy: Podrobné správy z kontroly sú uložené vrátane typov chýb, ich umiestnenia a frekvencie výskytu. Tieto údaje podporujú stopovateľnosť a pomáhajú inžinierom identifikovať opakujúce sa problémy s cieľom optimalizovať proces SMT montáže.
· Spracovanie po kontrole: Doska je buď presmerovaná na opravné pracovisko na odstránenie chýb, alebo prepustená do ďalšej fázy výroby, ak neboli zistené žiadne chyby.

Kľúčové etapy aplikácie vo výrobe PCBA

AOI sa používa na viacerých kontrolných bodoch, aby sa zabezpečil komplexný kontrolný proces:
· AOI pred reflow: Skontroluje presnosť umiestnenia súčiastok, polaritu a prítomnosť súčiastok pred spájkovaním, čím zabraňuje vstupu chybných súčiastok do reflow pece.
· AOI po reflow: Najbežnejšie použitie, skontroluje kvalitu spájkovaných spojov a celistvosť súčiastok po reflow spájkovaní.
· AOI po montáži: Vykoná konečnú kontrolu kompletného PCBA, aby sa zabezpečilo, že zodpovedá návrhovým a priemyslovým štandardom pred dodaním.

Čo kontroluje AOI?
Automatizovaná optická kontrola je bezkontaktný nástroj na kontrolu kvality v výrobe PCB/PCBA, ktorý je navrhnutý na detekciu povrchových chýb porovnaním obrázkov dosky s referenčnými vzormi alebo CAD dátami. Kontrola zahŕňa tri základné kategórie v rámci rôznych výrobných fáz:

Defekty substrátu PCB

Pred montážou súčiastok AOI kontroluje holé PCB z hľadiska štrukturnej celistvosti:
· Chyby stôp: Škrabance, prestávky (otvorené obvody), skraty alebo nesprávnu šírku stôp.
· Problémy s ploštinami: Chýbajúce ploštiny, nesúosné ploštiny, oxidácia ploštiny alebo nerovné povrchy ploštiny.
· Chyby povrchu: Kontaminácia, prachové častice, odlupovanie spájkovej masky alebo nesprávne tlač na popisovom texte (napr. chybné označenia súčiastok).
· Chyby v otvoroch: Nesúosné prechody, chýbajúce otvory alebo otvory so zväčšeným/zmenšeným priemerom.

Chyby umiestnenia súčiastok

V predreflow fáze (po namontovaní súčiastok, pred spájkovaním) AOI overuje presnosť súčiastok:
· Prítomnosť/neprítomnosť: Chýbajúce súčiastky alebo navyše (neplánované) súčiastky na doske.
· Chyby polohy: Nesúosné súčiastky, posunuté umiestnenie alebo rotácia mimo tolerancie.
· Problémy s polaritou: Obrátená polarita súčiastky.
· Nesprávne súčiastky: Nesprávny typ súčiastky, nesprávna hodnota alebo nezhodná veľkosť puzdra.
· Chyby vývodov: Oddvihnuté vývody, ohnuté vývody alebo vývody nesprávne nasadené na plošky.

Defekty pájky

V post-reflow fáze (po spájkovaní) sa AOI zameriava na kvalitu spájky – najčastejší cieľ inšpekcie:
· Nedostatok cín: Slabé, neúplné spoje, ktoré rizikujú zlý elektrický kontakt.
· Nadmerné množstvo cín: Objemné spoje, ktoré môžu spôsobiť skratové spojenia.
· Mosty z cínu: Nežiaduce spojenia z cínu medzi susednými ploškami/vodivými dráhami.
· Studené spájanie: Matné, zrnné spoje s nízkou prilnavosťou, spôsobené nedostatočným ohrevom počas reflow.
· Tombstoning: Naklonenie súčiastky (jeden koniec zdvihnutý z plošky) spôsobené nerovnomerným roztavením cínu.
· Guľôčky cínu: Malé, voľné častice cínu, ktoré môžu spôsobiť skratové spojenia na hustých doskách plošných spojov.

Konečné kontroly po montáži

Pre plne osadené dosky plošných spojov vykonáva AOI kompletnú finálnu kontrolu:
· Celková úplnosť montáže a zhoda s konštrukčnými špecifikáciami.
· Poškodenie súčiastok počas spájania alebo manipulácie.
· Dodržiavanie priemyselných noriem pre kvalitu spájania a umiestnenia komponentov.

Kontroly AOI sú rýchle, konzistentné a stopovateľné – generujú podrobné správy o chybách, aby pomohli výrobcom optimalizovať výrobné procesy a znížiť mieru porúch výrobkov.

Typy AOI: 2D AOI vs. 3D AOI
Pri kontrole kvality dosiek plošných spojov (PCB/PCBA) sa automatická optická inšpekcia (AOI) delí hlavne na 2D AOI a 3D AOI na základe princípov zobrazenia a merania. Obe technológie slúžia na detekciu chýb, no výrazne sa líšia v presnosti, oblastiach použitia a kľúčových schopnostiach – najmä pri moderných vysoce integrovaných, miniaturizovaných doskách plošných spojov.

2D AOI
Základný princíp: Využíva 2D rovinnú zobrazovaciu technológiu, ktorá sa spolieha na priemyselné kamery s vysokým rozlíšením a viacnásobné osvetlenie z rôznych uhlov na zachytenie 2D obrázkov povrchu PCB/PCBA. Chyby detekuje porovnaním rovinnej podoby, veľkosti a farby komponentov, spájkových spojov a vodičov s referenčnými údajmi CAD alebo vzorovými vzorkami.
Kľúčové vlastnosti
· Výhody:
Nízke náklady na vybavenie a jednoduchá údržba, vhodné pre malé a stredné továrne s základnými požiadavkami na kontrolu
Rýchla rýchlosť skenovania, ideálne pre vysokorýchlostné výrobné linky štandardných dosiek plošných spojov.
Účinné na detekciu rovinných chýb.
· Obmedzenia:
Zachytáva iba povrchové rovinné informácie, nedokáže merať výšku a objem. Často nesprávne vyhodnocuje alebo prepája trojrozmerné súvisiace chyby.
Náchylné na falošné poplachy kvôli zmenám uhla osvetlenia alebo zmien farieb komponentov.
Menej účinné pre jemnopitch komponenty a vysokohustotné dosky plošných spojov.
· Typické aplikačné scenáre
Inšpekcia pred reflow u nízkohustotných dosiek plošných spojov (kontrola prítomnosti komponentov, polarity a posunu umiestnenia).
Inšpekcia jednoduchých chýb spájkovaných spojov na doskách plošných spojov spotrebných elektronických zariadení.
Výrobné linky citlivé na náklady s bazálnymi požiadavkami na kvalitu.

3D AOI
Základný princíp: Kombinuje 2D rovinné zobrazovanie s technológiou merania výšky v 3D (zvyčajne laserová triangulácia alebo skenovanie štruktúrovaným svetlom). Projektuje laser alebo štruktúrované svetlo na povrch DPS/DPSA, vypočítava 3D súradnice každého bodu analýzou uhla odrazu a posunu svetla a vytvára kompletný 3D model dosky. Detekcia chýb je založená na údajoch o rovinnej polohe aj výške/objeme.
Kľúčové vlastnosti
· Výhody:
Presné meranie výšky a objemu spojov a koplanárnosti komponentov – eliminuje falošné poplachy spôsobené obmedzeniami 2D rovinnej kontroly. Dokáže presne identifikovať chyby ako nedostatočný prívod cínu, nadmerný prívod cínu, tombstoning a zdvihnuté vývody.
Vysoká presnosť detekcie pri jemnoplošných a zložitých komponentoch, ktoré sa bežne vyskytujú v elektronike pre automobilový priemysel, lekársku techniku a letecký priemysel.
Podporuje kvantitatívnu analýzu chýb, čo umožňuje optimalizáciu procesov na základe údajov.
· Obmedzenia:
Vyššie náklady na vybavenie a dlhší čas skenovania v porovnaní s 2D AOI.
Zložitejšia kalibrácia a údržba, vyžadujúca odborných technikov.
· Typické aplikačné scenáre
Inšpekcia po reflow procese u vysokohustotných, vysokopresných dosiek plošných spojov.
Inšpekcia zložitých spájkovaných spojov (BGA, QFN) a miniaturizovaných súčiastok.
Výrobné linky s prísnymi požiadavkami na kvalitu.

AOI v oblasti DPS a SMT: Kľúčové aplikačné scenáre
Automatizovaná optická kontrola je nevyhnutným nástrojom kontroly kvality po celom procese výroby DPS a montáže SMT. Využíva sa na kritických kontrolných bodoch výrobného procesu, zabezpečuje včasnú detekciu chýb, zníženie nákladov na opravy a udržiavanie konzistentnej kvality výrobkov. Nižšie sú uvedené jej základné aplikačné scenáre zoradené podľa výrobných etáp.

Aplikácie AOI vo výrobe DPS (kontrola holých dosiek)
AOI sa používa na overenie konštrukčnej integrity holých dosiek plošných spojov pred montážou súčiastok, pričom sa zameriava na chyby vzniknuté počas leptania, vŕtania a nanášania lakovacieho odolníka.

Inšpekcia po leptaní
· Účel: Kontrola chýb v dráhach, ktoré ovplyvňujú elektrickú prepojenosť.
· Detekované chyby: prerušené obvody (pretrhané dráhy), skraty (nežiaduce prepojenia dráh), odchýlky šírky dráh, nedoletenie/predoletenie, chýbajúce anti-pady.
· Hodnota: Včasná detekcia fatálnych elektrických chýb, čím sa predchádza nákladnej oprave po montáži súčiastok.

Inšpekcia po nanosení lakovacieho odolníka a potlače
· Účel: Overenie presnosti pokrytia lakovacím odolníkom a kvality tlače potlače.
· Detekované chyby: Odlupovanie lakovacieho odolníka, posunuté otvory v lakovacom odolníku, bubliny v lakovacom odolníku, nesprávne označenia potlače, rozmazaná potlač.
· Hodnota: Zabezpečuje, že lakovací odolník chráni dráhy pred oxidáciou a potlač pomáha pri následnej montáži súčiastok a odstraňovaní problémov.

Inšpekcia po vŕtaní/prehľadávaní
· Účel: Kontrola vŕtaných otvorov a prechodiek z hľadiska mechanického presahu.
· Zistené chyby: Nesúosné otvory, prechodky s nadmerným/podmerným priemerom, zablokované prechodky (neúmyselné ucpatie) a chýbajúce prechodky.
· Výhoda: Zabezpečuje spoľahlivé medzivrstvové pripojenia v viacvrstvových doskách plošných spojov.

Aplikácie AOI v procese SMT montáže
SMT je jadrom výroby PCBA a systém AOI sa používa na troch kľúčových stupňoch, ktoré pokrývajú kvalitu umiestnenia súčiastok a spájkovania.

AOI pred reflow spájkovaním
· Časovanie: Po namontovaní súčiastok zariadením pick-and-place, predtým ako doska vstúpi do reflow pece.
· Účel: Overenie presnosti umiestnenia súčiastok pred spájkovaním – ide o najekonomickejší kontrolný bod na odstránenie chýb.

Zistené chyby:
Problémy so súčiastkami: Chýbajúce súčiastky, nadbytočné súčiastky, nesprávny typ/hodnota súčiastky, obrátená polarita.
Problémy s umiestnením: Posun súčiastok, rotácia mimo tolerancie, zdvihnuté vývody a súčiastky neumiestnené na ploštiakoch.
Hodnota: Zabraňuje vstupu chybných dosiek do reflow pecí, čím sa zníži odpad cín a práca spojená s opravami.

Post-Reflow AOI
Časovanie: Ihneď po výstupe dosky z reflow pece (najbežnejší scenár AOI v SMT).
Účel: Kontrola kvality spojov a integrity súčiastok po spájkovaní.

Zistené chyby:
Chyby spojov: Spájkové mostíky (kratšie spojenia medzi ploštiakmi), nedostatok cínu, nadmerné množstvo cínu, studené spájky (zlá adhézia), tombstoning (naklonenie súčiastky) a spájkové guľky.
Poškodenie súčiastok: Prasknuté telesá integrovaných obvodov, ohnuté vývody spôsobené vysokou teplotou reflow a posunuté súčiastky.
Hodnota: Zabezpečuje, že spájky spĺňajú štandardy IPC a predchádza problémom s spoľahlivosťou konečných výrobkov.

Post-Assembly AOI
Časovanie: Po ručnom osadení cezotlakových súčiastok (ak sa uplatňuje) a funkčnom testovaní.
Účel: Vykonanie komplexnej konečnej kontroly plne zostavenej dosky s plošným spojom (PCBA).
Zistené vady: Chýbajúce prechodné komponenty, nesprávne ručné spájanie, poškodené konektory a zvyškový prach alebo kontaminácia na povrchu dosky.
Hodnota: Slúži ako konečná kvalitná brána pred odoslaním, zabezpečujúc, že len kvalifikované výrobky dosiahnu zákazníkov.

Špecializované aplikačné scenáre pre vysokonáročné priemysly

Pre priemysly s prísnými požiadavkami na kvalitu sa AOI prispôsobuje konkrétnym potrebám:

· Autonómna elektronika: 3D AOI sa používa na kontrolu PCBA pre riadiace jednotky motora (ECU) a systémy ADAS, pričom sa zameriava na koplanárnosť spájok a spoľahlivosť komponentov za vysokých teplôt.
· zdravotnícke pomôcky: AOI overuje PCBA pre kardiostimulátory, diagnostické zariadenia atď., zabezpečujúc nulové vady, aby vyhovovala štandardom FDA a ISO 13485.
· Letecký priemysel a obrana: Vysokopresné 3D AOI kontroluje miniaturizované, vysokohustotné PCBA pre leteckú elektroniku, detekujúc mikrovady, ktoré by mohli spôsobiť zlyhanie systému v extrémnych podmienkach.