A.O.I

Kaj je AOI?
AOI pomeni avtomatsko optično preverjanje, pomembno tehnologijo kontrole kakovosti, ki se pogosto uporablja v proizvodnih procesih PCB in PCBA. Uporablja visokoločljive kamere, optične senzorje in algoritme strojnega vida za samodejno zaznavanje napak na tiskanih vezjih brez fizičnega stika.

Kako deluje AOI: Postopek pregleda
Avtomatizirano optično preverjanje (AOI) deluje kot brezkontaktni, vizualno voden sistem za nadzor kakovosti v proizvodnji PCB/PCBA, ki se zanaša na visokoresolucijsko slikanje, inteligigentne algoritme in primerjavo s referenco za zaznanje površinskih napak. Njegov postopek preverjanja sledi štirim osnovnim zaporednim korakom, s čimer zagotavlja natančnost in doslednost v proizvodnih vrstah.

Priprava in kalibracija pred preverjanjem
Pred skeniranjem plošč je potrebno konfigurirati sistem AOI, da ustreza določeni konstrukciji PCB/PCBA:
Naloži referenčne podatke: Uvozite datoteko CAD konstrukcije ciljne plošče ali uporabite zlati vzorec – preverjeno brezhibno ploščo – kot referenčno merilo za preverjanje. Sistem preslika ključne parametre: položaje komponent, velikosti ploščic, oblike lotnih spojev in razpored sledi.
Ukinitvena kalibracija parametrov: Prilagodite razmere osvetlitve, da poudarite različne vrste napak. Na primer, stransko osvetlitev razkri višino lotnih spojev, medtem ko zasvitna osvetlitev zazna prelome sledi. Kalibrirajte fokus in ločljivost kamere, da zajamete drobne podrobnosti gostih ali miniaturiziranih komponent.
Nastavitev tolerance v mejah: Določite sprejemljiva odstopanja za postavitev komponent, količino lema in polariteto. To preprečuje lažne alarme, hkrati pa zagotavlja, da se kritične napake označijo.

Pridobivanje slik
Stroj AOI skenira površino PCB/PCBA, da zajame visokokakovostne vizualne podatke:
Plošča se prevaža v področje pregleda s pomočjo avtomatskega transportnega traku, kar zagotavlja stabilen položaj.
Hitrostne industrijske kamere zajamejo slike plošče iz večih kotov (2D ali 3D, odvisno od modela AOI). 3D AOI uporablja lasersko skeniranje za merjenje višine, kar omogoča natančnejše zaznavanje količine lema in koplanarnosti komponent.
Sistem slika posamezne posnetke v celovito, visokoločljivostno zemljevid površine plošče za pregled s popolnim zajetjem.

Analiza slik in zaznavanje napak

To je ključni korak, kjer sistem prepoznava odstopanja s pametno primerjavo:
· Primerjava pikela za piklo: zajeta slika plošče se primerja s prednaloženim referenčnim vzorcem. Algoritem analizira razlike v gostoti pik, obliki, položaju in barvi.
· Prepoznavanje napak: odstopanja, ki presegajo vnaprej določene meje tolerance, se razvrstijo kot morebitne napake. Med pogoste zaznane težave spadajo:
· Povezane s komponentami: manjkajoče dele, obratna polariteta, nepravilna poravnava ali napačne vrste komponent.
· Povezane z lomljenjem: mostovi pri lomljenju, premalo lomljenja, hladno lomljenje ali pojav 'tombstoning'.
· Povezane s tiskanimi vezji (PCB): risane brazgotine, manjkajoči kontakti ali napake na šelkotisku.
· Izboljšava 3D AOI: 3D sistemi dodajajo analizo merjenja višine, s čimer razlikujejo med sprejemljivimi lotnimi kotači in napakami, kot so premalo ali preveč lota, ki jih 2D AOI morda spregleda.

Poročanje o napakah in ukrepi

Po analizi sistem ustvari izvedljive rezultate za proizvodne ekipe:
· Klasifikacija in označevanje napak: AOI razvrsti napake glede na resnost in označi njihova točna mesta na zemljevidu plošče. Kritične napake sprožijo takojšnja opozorila.
· Beleženje podatkov in poročanje: Podroben pregledni poročila se shranijo, vključno z vrstami napak, lokacijami in pogostostjo pojavljanja. Ti podatki omogočajo sledljivost in pomagajo inženirjem ugotoviti ponavljajoče se težave za optimizacijo procesa SMT sestavljanja.
· Ravnanje po pregledu: Plošča se usmeri bodisi na popravljalno postajo za odpravo napak bodisi naprej v naslednjo proizvodno fazo, če napak ni zaznano.

Ključne faze uporabe v proizvodnji PCBA

AOI se uporablja na več kontrolnih točkah za zagotavljanje celostnega nadzora kakovosti:
· AOI pred prelivom: Preveri natančnost namestitve komponent, polariteto in prisotnost pred zlitjem, da se prepreči vstop napak v peč za preliv.
· AOI po prelivu: Najpogostejša uporaba, preverjanje kakovosti spajkanih spojev in celovitosti komponent po prelivanju.
· AOI po sestavi: Končni pregled popolnoma sestavljenega tiskanega vezja (PCBA), da se zagotovi skladnost z zasnovanimi in industrijskimi standardi pred dostavo.

Kaj preverja AOI?
Avtomatizirano optično preverjanje je orodje za nadzor kakovosti brez stika za proizvodnjo tiskanih vezij (PCB/PCBA), ki zaznava napake na površini tako, da primerja slike plošč s referenčnimi vzorci ali CAD podatki. Preverjanja zajemajo tri osnovne kategorije na različnih stopnjah proizvodnje:

Napake na podlagi PCB

Pred sestavljanjem komponent AOI pregleda neobdelan PCB glede strukturne celovitosti:
· Napake na sledih: Draščine, prekinitve (odprti tokokrog), kratki spoji ali napačne širine sledi.
· Težave s pad-i: Manjkajoči pad-i, napačno poravnani pad-i, oksidacija pad-ov ali neravne površine pad-ov.
· Napake na površini: Onesnaženje, delci prahu, odluščevanje lepila za odpiranje, ali napačno tiskanje silka (npr. napačne oznake komponent).
· Napake pri luknjah: Neusklajene prebore, manjkajoče luknje ali prevelike/premajhne izvrtane luknje.

Napake pri postavljanju komponent

V fazi pred prelivom (po namestitvi komponent, pred zalivanjem), AOI preveri natančnost komponent:
· Prisotnost/odsotnost: Manjkajoče komponente ali dodatne (nenameravane) komponente na plošči.
· Napake pri pozicioniranju: Neusklajene komponente, zamaknjena postavitev ali vrtenje izven tolerance.
· Težave z polariteto: Obrnjena polariteta komponente.
· Napačne komponente: Napačna vrsta deleža, napačna vrednost ali neujemajoča se velikost ohišja.
· Napake pri izvodih: Dvignjeni izvodi, upognjeni izvodi ali izvodi, ki niso pravilno nameščeni na ploskvicah.

Napake na lotu

V fazi po prelivu (po zalivanju) AOI preverja kakovost lota – najpogostejši cilj pregleda:
· Premalo lota: Šibki, nepopolni spoji, ki ogrozijo slabo električno povezavo.
· Preveč lota: Neokvirjeni spoji, ki lahko povzročijo kratek stik.
· Mostovi lota: Nepoželeni lotni spoji med sosednjimi ploščicami/vožnji.
· Hladen lot: Tupasti, zrnat spoj z šibko oprijem, povzročen s premalo segrevanjem med reflow postopkom.
· Tombstoning: Nagnjenost komponente (en konec dvignjen s ploščice) zaradi neenakomernega taljenja lota.
· Kroglice lota: Majhne, razpršjene delce lota, ki lahko povzročijo kratek stik na gostih tiskanih vezjih.

Končni preizkusi po sestavi

Za popolnoma sestavljene tiskane vezje izvaja AOI celovit končni pregled:
· Splošna popolnost sestave in skladnost z zasnovo.
· Poškodbe komponent med lotovanjem ali rokovanju.
· Skladnost s standardi industrije za kakovost spajkanja in namestitev komponent.

Preverjanja AOI so hitra, dosledna in sledljiva – ustvarjajo podrobna poročila o napakah, da pomagajo proizvajalcem optimizirati proizvodne procese in zmanjšati stopnje okvar izdelkov.

Vrste AOI: 2D AOI proti 3D AOI
Pri nadzoru kakovosti tiskanih vezij (PCB/PCBA) se avtomatski optični pregled (AOI) razdeli predvsem na 2D AOI in 3D AOI, glede na načela slikanja in merjenja. Obe tehnologiji omogočata zaznavanje napak, vendar se bistveno razlikujeta po natančnosti, uporabnih scenarijih in osnovnih zmogljivostih – še posebej pri sodobnih visoko gostih in miniaturiziranih tiskanih vezjih.

2D AOI
Osnovno načelo: Uporablja 2D planarno tehnologijo slikanja, ki se opira na visokoločljive industrijske kamere in razsvetljavo z več koti, da zajame 2D slike površin PCB/PCBA. Napake zaznava tako, da primerja ravninsko obliko, velikost in barvo komponent, lotnih spojev in trakov s referenčnimi CAD podatki ali vzorci etalona.
Ključne značilnosti
· Prednosti:
Nizki stroški opreme in enostavna vzdrževanja, primerno za manjše in srednje tovarne z osnovnimi potrebami po pregledu
Hitra hitrost skeniranja, idealna za visokokapacitetne proizvodne linije standardnih tiskanih vezij.
Učinkovita za zaznavanje ravninskih napak.
· Omejitve:
Zajame le površinske ravninske podatke, ne more meriti višine in prostornine. Pogosto napačno ovrednoti ali spregleda napake, povezane s 3D.
Nagnjena k lažnim alarmom zaradi sprememb kota osvetlitve ali različnih barv komponent.
Manj učinkovita za fine-pitch komponente in visokoz gostote tiskana vezja.
· Tipični primeri uporabe
Preverjanje pred lomljenjem na nizko gostotnih tiskanih vezijih (preverjanje prisotnosti komponent, polaritete in odstopanja v postavitvi).
Preverjanje preprostih napak na lotu spojih na tiskanih vezijih za potrošniško elektroniko.
Stroškovno občutljive proizvodne linije z osnovnimi zahtevami za kakovost.

3D AOI
Osnovno načelo: Kombinira 2D ravninsko slikanje z 3D merjenjem višine (običajno lasersko triangulacijo ali skeniranje s strukturirano svetlobo). Na površino tiskanega vezja (PCB/PCBA) projicira laser ali strukturirano svetlobo, izračuna 3D koordinate vsake točke z analizo kota in pomika odseva svetlobe ter sestavi popoln 3D model plošče. Zaznavanje napak temelji tako na ravninskem položaju kot tudi na podatkih o višini/obsegu.
Ključne značilnosti
· Prednosti:
Natančno merjenje višine in prostornine lota ter koplanarnosti komponent – odpravlja lažne alarme, ki jih povzročajo omejitve 2D ravninskega slikanja. Omogoča natančno prepoznavanje napak, kot so premalo lota, preveč lota, pojav 'tombstoning', ter dvignjene priključke.
Visoka natančnost zaznavanja pri komponentah z majhnim razmikom in zapletenimi oblikami, ki so pogoste v avtomobilski elektroniki, medicinski opremi in letalskih vezjih.
Podpira kvantitativno analizo napak, kar omogoča optimizacijo procesov na podlagi podatkov.
· Omejitve:
Višji stroški opreme in daljši čas skeniranja v primerjavi s 2D AOI.
Zapletnejša kalibracija in vzdrževanje, ki zahteva strokovnjake.
· Tipični primeri uporabe
Pregled PCB-jev z visoko gostoto in visoko natančnostjo po procesu preliva.
Pregled kompleksnih lotkovih spojev (BGA, QFN) in miniaturiziranih komponent.
Proizvodne linije z strogo kakovostnimi zahtevami.

AOI v PCB in SMT: Ključni primeri uporabe
Avtomatizirana optična kontrola je neodtujljivo orodje za nadzor kakovosti v celotnem procesu izdelave tiskanih vezij in sestavljanja SMT. Z namestitvijo na ključnih kontrolnih točkah v proizvodnji zagotavlja zgodnje odkrivanje napak, zmanjšuje stroške popravila in ohranja dosledno kakovost izdelkov. Spodaj so navedeni glavni primeri uporabe, razvrščeni po fazah proizvodnje.

Uporaba AOI v izdelavi tiskanih vezij (kontrola plošč brez montaže)
AOI se uporablja za preverjanje strukturne celovitosti surovih tiskanih vezij, pred montažo komponent, s ciljem odkrivanja napak, ki nastanejo med izpiranjem, vrtanjem in nanosom lota.

Pregled po izpiranju
· Namen: Preveriti napake v sledovih, ki vplivajo na električno povezavo.
· Odkrite napake: Odprta vezja (prekinjeni sledovi), kratka vezja (neželene povezave sledov), odstopanja širine sledov, premalo/preveč izpiranja in manjkajoči protipadi.
· Vrednost: Zgodnje odkrivanje usodnih električnih napak, s čimer preprečimo dragoceno popravko po montaži komponent.

Pregled po nanosu lote in belil
· Namen: Preveriti natančnost pokritosti lote in tiska belila.
· Odkrite napake: Olupljanje lote, napačno poravnane odprtine lote, mehurji v loti, napačne oznake belila in razmazana belila.
· Vrednost: Zagotavlja, da lota zaščiti sledove pred oksidacijo, belilo pa olajša kasnejšo postavitev komponent in odpravljanje napak.

Pregled po vrtanju/viah
· Namen: Preverjanje vrtanih lukenj in prehodov za mehansko natančnost.
· Zaznane napake: Nepravilno poravnane luknje, preveliki/premajhni prehodi, zamašeni prehodi (neželeno blokiranje) in manjkajoči prehodi.
· Vrednost: Zagotavlja zanesljive medsestavne povezave v večplastnih tiskanih vezjih.

Uporaba AOI v procesu sestave SMT
SMT je jedro proizvodnje PCBA, AOI pa se uporablja v treh ključnih fazah za nadzor kakovosti namestitve komponent in spajkanja.

AOI pred reflow postopkom
· Časovanje: Po tem, ko postavljalni stroji namestijo komponente, preden plošča vstopi v reflow peč.
· Namen: Preverjanje natančnosti namestitve komponent pred spajkanjem – to je najbolj učinkovit kraj za odpravo napak.

Zaznane napake:
Težave s komponentami: Manjkajoče komponente, dodatne komponente, napačna vrsta/vrednost komponent, obrnjena polariteta.
Težave z namestitvijo: Odmik komponente, rotacija izven tolerance, dvignjeni priključki in komponente, ki niso pravilno nameščene na ploscih.
Vrednost: Preprečuje napake v tiskanih vezjih, ki bi vstopila v reflow peč, s čimer zmanjša odpad lemilnega materiala in potrebo po popravilih.

AOI po reflow postopku
Časovanje: Takoj po tem, ko vezje zapusti reflow peč (najpogosteje uporabljen scenarij AOI v SMT).
Namembnost: Preverjanje kakovosti lemilnih spojev in celovitosti komponent po lemljenju.

Zaznane napake:
Manjkljivi lemilni spoji: Lemevalni mostovi (kratek stik med plosci), premalo lemilnega svinca, preveč lemilnega svinca, hladni lemevalni spoji (slaba oprijem), tombstoning (nagnjenost komponente) in lemevalne kroglice.
Poškodbe komponent: Počenke na ohišjih integriranih vezij, pokrivljeni priključki zaradi visoke temperature pri reflow postopku ter premaknjene komponente.
Vrednost: Zagotavlja, da lemilni spoji ustrezajo standardom IPC in preprečuje težave z zanesljivostjo končnih izdelkov.

AOI po sestavi
Časovanje: Po ročnem vstavljanju komponent skozi luknje (če je primerno) in funkcionalnem testiranju.
Namen: Izvedba celovite končne kontrole popolnoma sestavljene tiskane vezje (PCBA).
Ugotovljene napake: Manjkajoče komponente za vstavljanje skozi luknje, nepravilno ročno lotenje, poškodovani priključki ter preostali flus ali onesnaženje na površini ploščice.
Vrednost: Deluje kot končna kakovostna pregrada pred odpremo, kar zagotavlja, da do kupcev pridejo le kvalitetni izdelki.

Specializirane uporabne scenarije za industrije z visoko zanesljivostjo

Za industrije z strogi zahtevami glede kakovosti se AOI prilagodi določenim potrebam:

· Avtomobilska elektronika: 3D AOI se uporablja za pregled PCBA za enote nadzora motorja (ECUs) in sisteme ADAS, pri čemer se osredotoči na koplanarnost spajk in zanesljivost komponent v pogojih visoke temperature.
· Medicinska oprema: AOI preveri PCBA za srčne spodbujevalnike, diagnostično opremo itd., da zagotovi nič napak in ustreza standardom FDA in ISO 13485.
· Vozila in obramba: Natančno 3D AOI pregleda miniaturizirane, visoko gostote PCBA za avioniko, pri čemer odkrije mikronapake, ki bi lahko povzročile okvaro sistema v ekstremnih okoljih.