A.O.I

Vad är AOI?
AOI står för Automated Optical Inspection, en viktig kvalitetskontrollteknik som omfattande används i tillverkningsprocesser av PCB och PCBA. Den använder högupplösta kameror, optiska sensorer och maskinseendatalgoritmer för att automatiskt upptäcka fel på kretskort utan fysisk kontakt.

Så fungerar AOI: Inspektionsprocessen
Automatiserad optisk inspektion (AOI) fungerar som ett beröringsfritt, visionstyrt kvalitetskontrollsystem för tillverkning av PCB/PCBA, och använder högupplösta bilder, intelligenta algoritmer och referensjämförelse för att upptäcka ytfel. Inspektionsprocessen följer fyra kärnsteg i sekvens, vilket säkerställer precision och konsekvens över produktionslinjerna.

Förinspektionsinställning och kalibrering
Innan korten skannas kräver AOI-systemet en konfiguration för att anpassas till den specifika PCB/PCBA-designen:
Ladda referensdata: Importera CAD-designfilen för målkortet eller använda ett guldprov – ett verifierat felfritt kort – som inspektionsreferens. Systemet kartlägger viktiga parametrar: komponentpositioner, padstorlekar, lödögonform, och spårlayout.
Kalibrering av optiska parametrar: Justera belysningsförhållanden för att framhäva olika typer av defekter. Till exempel avslöjar sidobelysning lödjointshöjd, medan bakgrundsbelysning upptäcker avbrutna spår. Kalibrera kamerans fokus och upplösning för att fånga fina detaljer hos täta eller miniatyriserade komponenter.
Ställ in toleranstoleranser: Definiera acceptabla avvikelseintervall för komponentplacering, lödvolymer och polaritet. Detta förhindrar falska larm samtidigt som det säkerställer att kritiska defekter markeras.

Bildinnehavning
AOI-maskinen skannar PCB/PCBA-ytan för att samla in högkvalitativa visuella data:
Kortet transporteras till inspektionsområdet via en automatisk bandtransportör, vilket säkerställer stabil positionering.
Högpresterande industriella kameror tar bilder av kortet från flera vinklar (2D eller 3D, beroende på AOI-modellen). 3D-AOI använder laserskanning för att mäta höjd, vilket möjliggör mer exakt identifiering av lödjointsvolym och komponenternas koplanaritet.
Systemet sammansätter enskilda bilder till en komplett, högupplöst karta över hela kretskortets yta för fullständig inspektion.

Bildanalys och defektdetektering

Detta är den centrala steget där systemet identifierar avvikelser genom intelligent jämförelse:
· Pixel-för-pixel-jämförelse: Den infångade bilden av kretskortet jämförs med den förinstallerade referensen. Algoritmen analyserar skillnader i pixeltäthet, form, position och färg.
· Defektidentifiering: Avvikelser som överskrider de förinställda toleransgränserna klassificeras som potentiella defekter. Vanliga upptäckta problem inkluderar:
· Komponentrelaterade: Saknade delar, polaritetsomvändning, feljustering eller felaktiga komponenttyper.
· Lötrelaterade: Lötbryggor, otillräcklig lödning, kalllödning eller tombstoning.
· PCB-relaterade: Spårskrapor, saknade kopplingspador eller silkscreendefekter.
· 3D AOI-förbättring: 3D-system lägger till höjdmätningsanalys, vilket gör det möjligt att skilja mellan acceptabla lödfilletter och defekter som för lite eller för mycket lödmaterial – defekter som 2D AOI kan missa.

Defektrapportering och åtgärd

Efter analysen genererar systemet åtgärdsbara resultat för produktionsteam:
· Defektklassificering och märkning: AOI-sorterar defekter efter allvarlighetsgrad och markerar deras exakta positioner på kretskortskartan. Kritiska defekter utlöser omedelbara varningar.
· Datainsamling och rapportering: Detaljerade inspektionsrapporter sparas, inklusive typer av defekter, positioner och förekomstfrekvens. Denna data stödjer spårbarhet och hjälper ingenjörer att identifiera återkommande problem för att optimera SMT-monteringsprocessen.
· Hantering efter inspektion: Kretskortet dirigeras antingen till en reparationstation för korrigering av defekter eller skickas vidare till nästa produktionssteg om inga defekter upptäcks.

Viktiga applikationssteg i PCBA-produktion

AOI används i flera kontrollpunkter för att säkerställa kvalitetskontroll under hela processen:
· Förreflöds AOI: Kontrollerar komponentplaceringens noggrannhet, polaritet och närvaro innan lödning, vilket förhindrar att felaktiga komponenter kommer in i reflödsugnen.
· Efterreflöds AOI: Den vanligaste tillämpningen, kontrollerar lödfogarnas kvalitet och komponenternas integritet efter reflödlödning.
· Eftermonterings AOI: Utför en slutlig inspektion av hela PCBA:n för att säkerställa att den uppfyller design- och branschstandarder före leverans.

Vad kontrollerar AOI?
Automatisk optisk inspektion är ett kontaktfritt verktyg för kvalitetskontroll i tillverkning av PCB/PCBA, utformat för att upptäcka ytskador genom att jämföra bilder av kortet med guldprover eller CAD-data. Kontrollerna omfattar tre huvudkategorier vid olika produktionssteg:

Defekter i PCB-substrat

Innan komponentmontering kontrollerar AOI det nakna PCB:t på strukturell integritet:
· Spårdefekter: Repor, brott (brutna kretsar), kortslutningar eller felaktig spårbredd.
· Kontaktflänsproblem: Saknade flänar, felplacerade flänar, oxidation av flänar eller ojämna flänsytor.
· Ytfel: Kontaminering, dammpartiklar, avskalning av lödlack eller felaktig silketryckning (t.ex. fel komponentetiketter).
· Hålfel: Felplacerade viahål, saknade hål eller för stora/små borrade hål.

Fel vid komponentplacering

I förreflowsteget (efter montering av komponenter, före lödning) verifierar AOI komponenternas korrekthet:
· Närvaro/avsaknad: Saknade komponenter eller extra (oönskade) komponenter på kretskortet.
· Placeringsfel: Felriktade komponenter, förskjuten placering eller rotation utanför toleransen.
· Polaritetsfel: Omvänd polaritet på komponenter.
· Felaktiga komponenter: Fel komponenttyp, fel värde eller inkorrekt paketstorlek.
· Benfel: Lyfta ben, böjda ben eller ben som inte sitter ordentligt på kopparpadarna.

Lödfogfel

I efterreflowsteget (efter lödning) fokuserar AOI på lödningskvaliteten – den vanligaste inspektionsmålsättningen:
· Otillräckligt lödmedel: Svaga, ofullständiga fogar som riskerar dålig elektrisk kontakt.
· Överskott av lödmedel: Tjocka fogar som kan orsaka kortslutningar.
· Lödbryggor: Oönskade lödförbindelser mellan angränsande ytor/spår.
· Kalllödning: Matta, korniga fogar med svag adhesion, orsakat av otillräcklig uppvärmning under reflow.
· Gravstenseffekt (tombstoning): Komponentens lutning (en ände lyft från ytan) på grund av ojämn smältning av lödmedel.
· Lödkulor: Små, lösa lödpartiklar som kan orsaka kortslutningar i tät packade kretskort.

Slutkontroll efter montering

För fullt monterade kretskortskort genomförs en omfattande slutinspektion med AOI:
· Total monteringskompletthet och överensstämmelse med konstruktionskrav.
· Skador på komponenter under lödning eller hantering.
· Överensstämmelse med branschstandarder för kvalitet på lödningar och komponentplacering.

AOI:s kontroller är snabba, konsekventa och spårbara – genererar detaljerade felrapporter för att hjälpa tillverkare att optimera produktionsprocesser och minska produktionsfel.

Typer av AOI: 2D AOI kontra 3D AOI
Inom kvalitetskontroll av PCB/PCBA delas Automatisk Optisk Inspektion (AOI) huvudsakligen in i 2D AOI och 3D AOI baserat på avbildnings- och mätningsprinciper. Båda teknologierna används för defektdetektering men skiljer sig väsentligt åt när det gäller noggrannhet, tillämpningsscenarier och kärnförmågor – särskilt för moderna högdensitets, miniatyriserade kretskort.

2D AOI
Kärnprincip: Använder 2D-plan avbildningsteknik, vilket bygger på högupplösta industriella kameror och belysning från flera vinklar för att fånga 2D-bilder av PCB/PCBA-ytor. Den upptäcker defekter genom att jämföra den plana formen, storleken och färgen hos komponenter, lödningar och banor med referens-CAD-data eller guldprover.
Viktigaste Funktionerna
· Fördelar:
Låg utrustningskostnad och enkel underhållsbarhet, lämplig för mindre och medelstora fabriker med grundläggande inspektionsbehov.
Snabb avläsning, ideal för högvolymproduktionslinjer med standard-PCB.
Effektiv för upptäckt av plana defekter.
· Begränsningar:
Fångar endast plan information på ytan, kan inte mäta höjd och volym. Ofta felbedömer eller missar 3D-relaterade defekter.
Benägen för felaktiga varningar på grund av förändringar i belysningsvinkel eller variationer i komponentfärg.
Mindre effektiv för finstegs komponenter och högdensitets-PCB.
· Typiska användningsscenarier
Inspektion före reflow av lågdensitets-PCB (kontroll av komponenternas närvaro, polaritet och placeringsavvikelse).
Inspektion av enkla löddefekter på PCB för konsumentelektronik.
Kostnadskänsliga produktionslinjer med grundläggande kvalitetskrav.

3D AOI
Kärnprincip: Kombinerar 2D planär avbildning med 3D höjdmätningsteknologi (vanligtvis lasertriangulering eller strukturerat ljusscanning). Den projicerar laser- eller strukturerat ljus på PCB/PCBA-ytan, beräknar 3D-koordinater för varje punkt genom att analysera ljusreflektionsvinkeln och förskjutningen och konstruerar en komplett 3D-modell av kortet. Feldetektering baserar sig både på planär position och höjd/volyminformation.
Viktigaste Funktionerna
· Fördelar:
Exakt mätning av lödjointshöjd, volym och komponenternas planhet—eliminerar felaktiga varningar orsakade av 2D planära begränsningar. Den kan exakt identifiera fel som otillräckligt löd, för mycket löd, tombstoning och lyfta led.
Hög detekteringsnoggrannhet för fina pitch- och komplexa komponenter, vilket är vanligt inom bil elektronik, medicinska enheter och flyg- och rymdteknik PCB.
Stödjer kvantitativ analys av fel, vilket möjliggör datastyrd processoptimering.
· Begränsningar:
Högre utrustningskostnad och längre avkodningstid jämfört med 2D AOI.
Mer komplex kalibrering och underhåll, vilket kräver professionella tekniker.
· Typiska användningsscenarier
Inspektion efter reflow av högdensitets, högprecisions PCBs.
Inspektion av komplexa lödningar (BGA, QFN) och miniatyriserade komponenter.
Produktionslinjer med stränga kvalitetskrav.

AOI i PCB och SMT: Viktiga användningsscenarier
Automatisk optisk inspektion är ett oumbärligt verktyg för kvalitetskontroll under hela tillverkningsprocessen av PCB och SMT-montering. Genom att implementera det vid kritiska kontrollpunkter i produktionen säkerställs att defekter upptäcks tidigt, vilket minskar kostnader för omarbete och säkerställer konsekvent produktkvalitet. Nedan följer de viktigaste användningsscenarierna, kategoriserade efter produktionssteg.

AOI-tillämpningar i PCB-tillverkning (inspektion av obehandlade kort)
AOI används för att verifiera strukturell integritet hos klena PCB:ar innan montering av komponenter, med fokus på defekter som uppstår under ätsning, borrning och applicering av lödlack.

Inspektion efter ätsning
· Syfte: Kontrollera spårfel som påverkar elektrisk anslutning.
· Upptäckta defekter: Öppna kretsar (brutna spår), kortslutningar (oönskade kopplingar mellan spår), avvikelser i spårbredd, undertäckning/övertäckning vid ätsning, och saknade anti-pads.
· Värde: Upptäcker allvarliga elektriska fel i ett tidigt skede, vilket förhindrar kostsam omarbete efter komponentmontering.

Inspektion efter lödlack och silkscreen
· Syfte: Verifiera korrektheten i täckning av lödlack och tryckning av silkscreen.
· Upptäckta defekter: Lödlack som lossnar, felplacerade öppningar i lödlack, luftbubblor i lödlack, felaktiga etiketter i silkscreen och smudgad silkscreen.
· Värde: Säkerställer att lödlack skyddar spår från oxidation och att silkscreen underlättar komponentplacering och felsökning i efterföljande steg.

Inspektion efter borrning/vias
· Syfte: Kontrollera borrade hål och viahål för mekanisk precision.
· Upptäckta defekter: Felplacerade hål, för stora/småa viahål, igensatta viahål (oavsiktlig blockering) och saknade viahål.
· Värde: Garanterar tillförlitliga förbindelser mellan lager i flerlagers PCB.

AOI-tillämpningar i SMT-monteringsprocessen
SMT är kärnan i PCBA-produktion, och AOI används i tre nyckelfaser för att täcka komponentplacering och lödningens kvalitet.

Pre-Reflow AOI
· Tidpunkt: Efter att pick-and-place-maskiner monterat komponenter, innan kortet går in i reflowugnen.
· Syfte: Verifiera komponentplaceringens noggrannhet före lödning – detta är den mest kostnadseffektiva kontrollpunkten för att rätta till defekter.

Upptäckta defekter:
Komponentproblem: Saknade komponenter, extra komponenter, fel komponenttyp/värde, omvänd polaritet.
Placeringsproblem: Komponentförskjutning, rotation utanför tolerans, lyfta ben, och komponenter inte ordentligt sittande på kopparpadarna.
Värde: Undviker defekta kretskort som går in i reflowugnen, minskar lödavfall och reparationer.

Post-Reflow AOI
Tidpunkt: Omedelbart efter att kretskortet lämnat reflowugnen (det mest vanliga AOI-scenario inom SMT).
Syfte: Kontrollera kvaliteten på lödfogar och komponentintegritet efter lödning.

Upptäckta defekter:
Lödfel: Lödbryggor (kortslutning mellan padar), otillräckligt lödmaterial, för mycket lödmaterial, kall lödning (dålig adhesion), tombstoning (komponenter som lutar), och lödkulor.
Komponentskador: Spruckna IC-hus, böjda ben orsakade av hög temperatur under reflow, och förflyttade komponenter.
Värde: Säkerställer att lödfogar uppfyller IPC-standarder och förhindar pålitlighetsproblem i färdiga produkter.

Post-Assembly AOI
Tidpunkt: Efter manuell införning av genomgående komponenter (om tillämpligt) och funktionstest.
Syfte: Utföra en omfattande slutlig kontroll av den fullt monterad PCBA.
Upptäckta fel: Saknade genomgående komponenter, felaktig handlödning, skadade kopplingar och återstående lödflöde eller föroreningar på kretskortets yta.
Värde: Fungerar som den sista kvalitetsgrind innan leverans, vilket säkerställer att endast godkända produkter når kunderna.

Specialiserade tillämpningscenarier för högrelaterade industrin

För industrier med stränga kvalitetskrav anpassas AOI till specifika behov:

· Automatikelektronik: 3D AOI används för att inspektera PCBA för motorstyrningsenheter (ECU) och ADAS-system, med fokus på lödförs höjdplanhet och komponenternas pålitlighet vid höga temperaturförhållanden.
· Medicinteknik: AOI verifierar PCBA för pacemakere, diagnostisk utrustning etc., för att säkerställa noll fel och uppfylla FDA- och ISO 13485-krav.
· Flyg- och försvarsindustrin: Högprecisions 3D AOI inspekterar miniaturiserade, högdensitets PCBA för avionik, genom att upptäcka mikrofelen som kan orsaka systemfel i extrema miljöer.