A.O.I

Що є AOI?
AOI означає автоматичний оптичний контроль, критичну технологію контролю якості, яку широко використовують у процесах виробництва PCB та PCBA. Він використовує високоякісні камери, оптичні датчики та алгоритми машинного зору для автоматичного виявлення дефектів на друкованих плат без фізичного контакту.

Як працює AOI: Процес інспектування
Автоматичний оптичний контроль (АОК) працює як система контролю якості без контакту, що базується на візуальному аналізі, для виробництва друкованих платок (PCB/PCBA), використовуючи високоякісні зображення, інтелектуальні алгоритми та порівняння з еталоном для виявлення дефектів поверхні. Процес перевірки складається з чотирьох основних послідовних кроків, що забезпечує точність і узгодженість на всіх лініях виробництва.

Попереднє налаштування та калібрування
Перед скануванням плат АОК-система має бути налаштована відповідно до конкретного дизайну PCB/PCBA:
Завантаження еталонних даних: імпорт файлу конструкторського проектування цільової плати або використання еталонного зразка — перевіреної плати без дефектів — як еталону для контролю. Система визначає ключові параметри: розташування компонентів, розміри контактних майданчиків, форми паяних з'єднань та трасування.
Калібрування оптичних параметрів: Налаштуйте освітлення, щоб підкреслити різні типи дефектів. Наприклад, бічне освітлення виявляє висоту припою, тоді як підсвічування дозволяє виявити обриви доріжок. Відкалібруйте фокусування та роздільну здатність камери для отримання чітких зображень дрібних деталей щільних або мініатюрних компонентів.
Встановлення порогових значень допусків: Визначте прийнятні діапазони відхилень для розташування компонентів, об’єму припою та полярності. Це запобігає хибним спрацьовуванням, забезпечуючи при цьому виявлення критичних дефектів.

Отримання зображення
AOI-пристрій сканує поверхню PCB/PCBA для отримання візуальних даних високої якості:
Плата подається в зону інспектування за допомогою автоматичної стрічки, що забезпечує стабільне положення.
Промислові камери високої швидкості знімають зображення плати з різних кутів (2D або 3D, залежно від моделі AOI). AOI 3D використовує лазерне сканування для вимірювання висоти, що дозволяє точніше виявляти об’єм припою та планарність компонентів.
Система зшиває окремі зображення в повну, високоякісну мапу всієї поверхні друкованої плати для повної інспектування.

Аналіз зображень та виявлення дефектів

Це є основним етапом, на якому система виявляє аномалії шляхом інтелектуального порівняння:
· Порівняння піксель-до-пікселя: Захоплене зображення плати порівнюється з попередньо завантаженим зразком. Алгоритм аналізує відмінності у щільності пікселів, формі, положенні та кольорі.
· Виявлення дефектів: Відхилення, що перевищують задані пороги допуску, класифікуються як потенційні дефекти. До поширених виявлених проблем належать:
· Пов'язані з компонентами: Відсутні деталі, зворотна полярність, неправильне розташування або неправильні типи компонентів.
· Пов'язані з паянням: Паяні перемички, недостатній об'єм паяння, холодне паяння або ефект «тумбастонінґ».
· Пов'язані з друкованими платами: Подряпини слідів, відсутні контактні майданчики або помилки шовкового друку.
· Покращення 3D AOI: 3D-системи додають аналіз вимірювань висоти, що дозволяє відрізнити прийнятні наплави паяння від дефектів, таких як недостатнє або надлишкове паяння, які 2D AOI може пропустити.

Звітування про дефекти та дії

Після аналізу система формує результати для виробничих команд:
· Класифікація та позначення дефектів: AOI сортує дефекти за ступенем серйозності та позначає їх точне розташування на мапі плати. Критичні дефекти викликають негайне сповіщення.
· Реєстрація даних та звітування: Детальні звіти про інспекцію зберігаються, включаючи типи дефектів, їхнє розташування та частоту виникнення. Ці дані забезпечують відстежуваність і допомагають інженерам виявляти повторювані проблеми для оптимізації процесу SMT-монтажу.
· Обробка після інспекції: плата направляється на станцію ремонту для усунення дефектів або передається на наступний етап виробництва, якщо дефекти не виявлено.

Основні етапи застосування у виробництві PCBA

AOI використовується на кількох контрольних точках для забезпечення повного контролю якості:
· Попередній AOI до рефлоу: Перевіряє точність розташування компонентів, полярність і наявність перед паянням, запобігаючи потраплянню несправних компонентів у рефлову піч.
· AOI після рефлоу: Найпоширеніше застосування, перевіряє якість паяних з'єднань і цілісність компонентів після рефлового паяння.
· AOI після складання: Виконує остаточну перевірку повністю зібраної друкованої плати для забезпечення відповідності проектним і галузевим стандартам перед відправленням.

Що перевіряє AOI?
Автоматична оптична інспектування (AOI) — це інструмент контролю якості без контакту у виробництві PCB/PCBA, призначений для виявлення поверхневих дефектів шляхом порівняння зображень плати з еталонними зразками або даними CAD. Його перевірки охоплюють три основні категорії на різних етапах виробництва:

Дефекти основи PCB

Перед монтажем компонентів AOI перевіряє незмонтовану друковану плату на предмет цілісності структури:
· Дефекти доріжок: подряпини, розриви (обриви ланцюгів), короткі замикання або неправильна ширина доріжок.
· Проблеми з контактними площадками: відсутні площадки, зміщені площадки, окислення площадок або нерівні поверхні площадок.
· Дефекти поверхні: забруднення, частинки пилу, відшарування лакового покриття, неправильне трафаретне друковання (наприклад, помилкові позначення компонентів).
· Дефекти отворів: зміщені переходи, відсутні отвори або отвори з надмірним/зменшеним діаметром.

Дефекти розташування компонентів

На етапі до рефлоу (після монтажу компонентів, до паяння) AOI перевіряє точність установки компонентів:
· Наявність/відсутність: відсутні компоненти або зайві (незаплановані) компоненти на платі.
· Помилки позиціювання: зміщені компоненти, неточне розташування або обертання за межами допуску.
· Проблеми полярності: зворотна полярність компонента.
· Неправильні компоненти: не той тип деталі, не та номіналка або невідповідний розмір корпусу.
· Дефекти виводів: підняті виводи, зігнуті виводи або виводи, які не повністю сидять на контактних площадках.

Дефекти паяних з'єднань

На етапі після рефлоу (після паяння) AOI зосереджується на якості паяння — це найпоширеніший об'єкт інспектування:
· Недостатньо припою: слабкі, неповні з'єднання, що загрожують поганим електричним контактом.
· Надмірний припій: громіздкі з'єднання, які можуть призвести до короткого замикання.
· Містки з припою: небажані з'єднання припою між суміжними контактними майданчиками/дорожками.
· Холодний припій: матові, зернисті з'єднання із слабким зчепленням, спричинені недостатнім нагріванням під час паяння.
· Ефект «тумбочки»: перекидання компонента (один кінець піднято з майданчика) через нерівномірне плавлення припою.
· Кульки з припою: дрібні випадкові частинки припою, які можуть призвести до короткого замикання на щільних друкованих платах.

Остатні перевірки після складання

Для повністю змонтованих друкованих плат AOI виконує комплексну остатню перевірку:
· Загальна повнота складання та відповідність проектним специфікаціям.
· Пошкодження компонентів під час паяння або обробляння.
· Відповідність галузевим стандартам якості паяних з'єднань та розміщення компонентів.

Перевірки AOI швидкі, стабільні та відстежувані — формують детальні звіти про дефекти, щоб допомогти виробникам оптимізувати виробничі процеси та знизити рівень відмов продукції.

Типи автоматичного оптичного контролю: 2D AOI проти 3D AOI
У контролі якості PCB/PCBA автоматичний оптичний контроль (AOI) поділяється переважно на 2D AOI та 3D AOI залежно від принципів візуалізації та вимірювання. Обидві технології призначені для виявлення дефектів, але значно відрізняються за точністю, сферами застосування та основними можливостями — особливо для сучасних високощільних, мініатюрних друкованих плат.

2D AOI
Основний принцип: Використовує 2D-планарну технологію візуалізації, спираючись на промислові камери з високою роздільною здатністю та багатокутне освітлення для отримання 2D-зображень поверхонь PCB/PCBA. Виявляє дефекти шляхом порівняння планарної форми, розміру та кольору компонентів, паяних з'єднань і доріжок із еталонними даними CAD або зразковими зразками.
Основні особливості
· Переваги:
Низька вартість обладнання та простота у технічному обслуговуванні, підходить для середніх і малих підприємств із базовими потребами у контролі
Швидкість сканування, ідеальна для високопродуктивних виробничих ліній стандартних друкованих плат.
Ефективний для виявлення плоских дефектів.
· Обмеження:
Захоплює лише поверхневу плоску інформацію, не може вимірювати висоту та об’єм. Нерідко помилково визначає або пропускає тривимірні дефекти.
Схильний до хибних спрацьовувань через зміни кута освітлення або варіації кольору компонентів.
Менш ефективний для компонентів з малим кроком виводів та високощільних друкованих плат.
· Типові сценарії застосування
Інспектування перед паянням у печах для малощільних друкованих плат (перевірка наявності компонентів, полярності та зсуву розташування).
Перевірка простих дефектів паяних з'єднань на друкованих платах побутової електроніки.
Виробничі лінії з обмеженим бюджетом та базовими вимогами до якості.

3D AOI
Основний принцип: поєднує 2D-планарне зображення з технологією вимірювання висоти 3D (зазвичай лазерна триангуляція або сканування структурованим світлом). Проектує лазерне або структуроване світло на поверхню PCB/PCBA, обчислює 3D-координати кожної точки шляхом аналізу кута відбиття та зміщення світла і формує повну 3D-модель плати. Виявлення дефектів базується як на планарному положенні, так і на даних висоти/об’єму.
Основні особливості
· Переваги:
Точне вимірювання висоти, об’єму припою та компланарності компонентів — усуває хибні спрацьовування, викликані обмеженнями 2D-планарного методу. Може точно виявляти дефекти, такі як недостатній припій, надлишок припою, ефект «тумбаша» та відірвані виводи.
Висока точність виявлення для компонентів з малим кроком виводів та складних компонентів, які часто використовуються в автомобільній електроніці, медичних пристроях та авіаційно-космічних платах.
Підтримує кількісний аналіз дефектів, що дозволяє оптимізувати процеси на основі даних.
· Обмеження:
Вища вартість обладнання та довший час сканування порівняно з 2D AOI.
Більш складна калібрування та технічне обслуговування, що вимагає професійних техніків.
· Типові сценарії застосування
Огляд після зварювання високощільних та високоточних друкованих плат.
Перевірка складних паяних з'єднань (BGA, QFN) та мініатюрних компонентів.
Виробничі лінії зі суворими вимогами до якості.

AOI у виробництві друкованих плат і SMT: ключові сценарії застосування
Автоматичний оптичний контроль є невід'ємним інструментом контролю якості на всіх етапах виготовлення друкованих плат і процесів збірки SMT. Використання на критичних контрольних точках виробництва забезпечує раннє виявлення дефектів, зменшує витрати на переділку та підтримує стабільну якість продукції. Нижче наведені основні сценарії застосування, згруповані за етапами виробництва.

Застосування AOI у виробництві друкованих плат (перевірка необладнаних плат)
AOI використовується для перевірки цілісності структури голих друкованих плат до монтажу компонентів, щоб виявити дефекти, які виникають під час травлення, свердління та нанесення лакового покриття.

Перевірка після травлення
· Призначення: Перевірка наявності дефектів провідників, що впливають на електричну зв'язність.
· Виявлені дефекти: обриви (пошкоджені провідники), короткі замикання (небажані з'єднання провідників), відхилення ширини провідників, недостатнє або надмірне травлення, відсутність антиподкладок.
· Цінність: своєчасне виявлення критичних електричних дефектів, що запобігає дорогому переділу після складання компонентів.

Перевірка після нанесення лакового покриття та шелкографії
· Призначення: перевірка точності нанесення лакового покриття та якості друку шелкографії.
· Виявлені дефекти: відшарування лакового покриття, зміщення віконець у лаковому покритті, бульбашки у лаковому покритті, неправильні написи шелкографії, розмитість друку шелкографії.
· Цінність: забезпечує захист провідників лаковим покриттям від окиснення, а шелкографія сприяє правильному розміщенню компонентів і пошуку несправностей на наступних етапах.

Перевірка після свердління/виведення отворів
· Призначення: Перевірка просвердлених отворів і монтажних переходів на відповідність механічним параметрам.
· Виявлені дефекти: Зміщені отвори, переходи з надмірним/недостатнім діаметром, закриті переходи (ненавмисне блокування), відсутні переходи.
· Цінність: Забезпечує надійні з'єднання між шарами у багатошарових друкованих платах.

Застосування AOI у процесі SMT-монтажу
SMT є основою виробництва PCBA, а AOI використовується на трьох ключових етапах для контролю якості розміщення компонентів та паяння.

AOI до паяння
· Час проведення: Після того, як машини розмістили компоненти, перед тим, як плата потрапляє у паяльну піч.
· Призначення: Перевірка точності розміщення компонентів перед паянням — це найбільш економічно вигідний етап для усунення дефектів.

Виявлені дефекти:
Проблеми з компонентами: Відсутні компоненти, зайві компоненти, неправильний тип/номінал компонента, зворотна полярність.
Проблеми розміщення: зміщення компонентів, обертання понад допуск, підняті виводи та компоненти, які не встановлено на контактних площадках.
Цінність: запобігання пошкодженим платам виходити в паяльну піч, зменшення відходів припою та трудомісткості переділки.

АОІ після паяння
Час: відразу після виходу плати з паяльної пічки (найпоширеніший сценарій АОІ у SMT).
Мета: перевірка якості паяних з'єднань та цілісності компонентів після паяння.

Виявлені дефекти:
Дефекти паяння: перемички (коротке замикання між контактними площадками), недостатній припій, надлидок припою, холодне паяння (погана адгезія), «тумбастонінг» (перекидання компонента), та кульки припою.
Пошкодження компонентів: тріщини в корпусі ІМ, зігнуті виводи внаслідок високотемпературного паяння, та зміщені компоненти.
Цінність: забезпечує відповідність паяних з'єднань стандартам IPC та запобігає проблемам надійності у кінцевих виробах.

АОІ після складання
Час: після ручного монтажу компонентів зі схопленням у отвори (якщо застосовується) та функціональному тестуванні.
Призначення: Проведення комплексної остатньої перевірки повністю змонтованої PCBA.
Виявлені дефекти: Відсутні скрізні компоненти, неправильне ручне паяння, пошкоджені роз'єми та залишковий флюс або забруднення на поверхні друкованої плати.
Цінність: Служить як остатня брама якості перед відправленням, забезпечуючи, що лише кваліфіковані продукти досягають клієнтів.

Спеціалізовані сценарії застосування для галузей високої надійності

Для галузей із суворими вимогами щодо якості, AOI адаптовано до конкретних потреб:

· Автомобільна електроніка: 3D AOI використовується для перевірки PCBA блоків керування двигуна (ECU) та систем ADAS, зосереджуючись на спланарності паяних з'єднань та надійності компонентів у умовах високих температур.
· Медичні пристрої: AOI перевіряє PCBA для кардіостимуляторів, діагностичного обладнання тощо, забезпечуючи нульові дефекти, щоб відповідати стандартам FDA та ISO 13485.
· Аерокосмічна та оборонна галузь: Високоточне 3D AOI перевіряє мініатюрні, високощільні PCBA для авіоніки, виявлюючи мікродефекти, які можуть спричинити збій системи в екстремальних умовах.