A.O.I

AOI là gì?

AOI là viết tắt của Kiểm tra Quang học Tự động, một công nghệ kiểm soát chất lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi trong các quá trình sản xuất PCB và PCBA. Nó sử dụng camera độ phân giải cao, cảm biến quang học và các thuật toán thị giác máy để tự động phát hiện các lỗi trên các bo mạch mà không cần tiếp xúc vật lý.

Cách thức hoạt động của AOI: Quy trình kiểm tra
Kiểm tra quang học tự động (AOI) hoạt động như một hệ thống kiểm soát chất lượng không tiếp xúc, dựa trên hình ảnh để sản xuất PCB/PCBA, sử dụng hình ảnh độ phân giải cao, các thuật toán thông minh và so sánh với mẫu tham chiếu để phát hiện các khuyết tật bề mặt. Quy trình kiểm tra của nó tuân theo bốn bước chính, tuần tự, đảm bảo độ chính xác và tính nhất quán trên các dây sản xuất.

Thiết lập và Hiệu chuẩn Trước Kiểm Tra
Trước khi quét các bo mạch, hệ thống AOI cần được cấu hình để phù hợp với thiết kế PCB/PCBA cụ thể:
Tải Dữ liệu Tham chiếu: Nhập tệp thiết kế CAD của bo mạch mục tiêu hoặc sử dụng một mẫu chuẩn—một bo mạch đã được xác nhận không có khuyết tật—làm tiêu chuẩn kiểm tra. Hệ thống lập bản đồ các thông số chính: vị trí linh kiện, kích thước các pad, hình dạng mối hàn, và bố trí các đường mạch.
Hiệu chuẩn Thông số Quang học: Điều chỉnh điều kiện ánh sáng để làm nổi bật các loại khuyết tật khác nhau. Ví dụ, chiếu sáng từ bên cạnh giúp phát hiện chiều cao mối hàn chì, trong khi chiếu sáng ngược giúp phát hiện đứt mạch in. Hiệu chuẩn tiêu cự và độ phân giải camera để ghi lại chi tiết nhỏ của các linh kiện dày đặc hoặc thu nhỏ kích thước.
Thiết lập Ngưỡng Dung sai: Xác định phạm vi sai lệch cho phép đối với vị trí đặt linh kiện, thể tích thiếc hàn và cực tính. Việc này ngăn cảnh báo sai đồng thời đảm bảo các lỗi nghiêm trọng được phát hiện.

Thu thập hình ảnh
Máy AOI quét bề mặt PCB/PCBA để thu thập dữ liệu hình ảnh chất lượng cao:
Bảng mạch được đưa vào khu vực kiểm tra thông qua băng tải tự động, đảm bảo vị trí ổn định.
Các camera công nghiệp tốc độ cao chụp hình bảng mạch từ nhiều góc độ (2D hoặc 3D, tùy theo mẫu AOI). AOI 3D sử dụng quét laser để đo chiều cao, cho phép phát hiện chính xác hơn thể tích mối hàn và độ đồng phẳng của linh kiện.
Hệ thống ghép nối các hình ảnh riêng thành một bản đồ độ phân giải cao, hoàn chỉnh của toàn bộ bề mặt bảng để thực hiện kiểm tra phủ đầy đủ.

Phân tích Hình ảnh & Phát hiện Khuyết tật

Đây là bước cốt lõi, trong đó hệ thống xác định các bất thường thông qua so sánh thông minh:
· So sánh từng điểm ảnh: Hình ảnh bảng được chụp so sánh với hình ảnh tham chiếu đã tải trước. Thuật toán phân tích các khác biệt về mật độ điểm ảnh, hình dạng, vị trí và màu sắc.
· Xác định khuyết tật: Những sai lệch vượt quá ngưỡng dung sai đã cài đặt sẽ được phân loại là các khuyết tật tiềm năng. Các vấn đề thường gặp được phát hiện bao gồm:
· Liên quan đến linh kiện: Linh kiện bị thiếu, đảo cực, lệch vị trí hoặc loại linh kiện sai.
· Liên quan đến hàn: Cầu hàn, thiếu hàn, hàn lạnh hoặc hiện tượng tombstoning.
· Liên quan đến PCB: Trầy xước mạch, thiếu pad, hoặc lỗi silkscreen.
· Tăng cường AOI 3D: Các hệ thống 3D bổ sung phân tích đo chiều cao, phân biệt giữa các mép hàn chấp nhận được và các lỗi như thiếu hoặc thừa thiếc hàn mà AOI 2D có thể bỏ sót.

Báo cáo lỗi & Hành động

Sau khi phân tích, hệ thống tạo ra kết quả có thể hành động dành cho các đội sản xuất:
· Phân loại & Đánh dấu lỗi: AOI phân loại các lỗi theo mức độ nghiêm trọng và đánh dấu vị trí chính xác của chúng trên bản đồ bo mạch. Các lỗi nghiêm trọng sẽ kích hoạt cảnh báo ngay lập tức.
· Ghi nhật ký dữ liệu & Báo cáo: Các báo cáo kiểm tra chi tiết được lưu trữ, bao gồm các loại lỗi, vị trí và tần suất xảy ra. Dữ liệu này hỗ trợ truy xuất nguồn gốc và giúp kỹ sư xác định các vấn đề tái diễn để tối ưu hóa quy trình lắp ráp SMT.
· Xử lý sau kiểm tra: Bo mạch sẽ được chuyển đến trạm sửa chữa để khắc phục lỗi hoặc được chuyển sang công đoạn sản xuất tiếp theo nếu không phát hiện lỗi nào.

Các giai đoạn ứng dụng chính trong sản xuất PCBA

AOI được triển khai tại nhiều điểm kiểm tra để đảm bảo kiểm soát chất lượng toàn bộ quy trình:
· AOI trước hàn: Kiểm tra độ chính xác trong việc đặt linh kiện, cực tính và sự hiện diện của linh kiện trước khi hàn, ngăn ngừa các linh kiện lỗi đi vào lò hàn reflow.
· AOI sau hàn: Ứng dụng phổ biến nhất, kiểm tra chất lượng mối hàn và độ toàn vẹn của linh kiện sau quá trình hàn reflow.
· AOI sau lắp ráp: Thực hiện kiểm tra cuối cùng đối với bo mạch PCBA hoàn chỉnh để đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn thiết kế và ngành trước khi xuất hàng.

AOI kiểm tra những gì?
Kiểm tra quang học tự động là công cụ kiểm soát chất lượng không tiếp xúc trong sản xuất PCB/PCBA, được thiết kế để phát hiện các lỗi bề mặt bằng cách so sánh hình ảnh bo mạch với mẫu chuẩn hoặc dữ liệu CAD. Các kiểm tra của nó bao gồm ba hạng mục chính ở các giai đoạn sản xuất khác nhau:

Lỗi trên nền PCB

Trước khi lắp ráp linh kiện, AOI kiểm tra PCB trống về độ toàn vẹn cấu trúc:
· Lỗi đường mạch: Trầy xước, đứt mạch (mạch hở), mạch ngắn, hoặc chiều rộng đường mạch không đúng.
· Vấn đề về pad: Thiếu pad, pad bị lệch, oxy hóa pad, hoặc bề mặt pad không đều.
· Khuyết tật bề mặt: Nhiễm bẩn, hạt bụi, lớp phủ hàn bị bong tróc, hoặc in silkscreen không chính xác (ví dụ: nhãn linh kiện sai).
· Khuyết tật lỗ: Lỗ via lệch tâm, thiếu lỗ, hoặc lỗ khoan quá lớn/quá nhỏ.

Khuyết tật Đặt Linh kiện

Trong giai đoạn trước khi hàn chảy (sau khi đặt linh kiện, trước khi hàn), AOI kiểm tra độ chính xác của linh kiện:
· Hiện diện/vắng mặt: Thiếu linh kiện hoặc có thêm linh kiện (không theo kế hoạch) trên bảng mạch.
· Lỗi định vị: Linh kiện lệch vị trí, đặt sai vị trí hoặc xoay vượt dung sai cho phép.
· Vấn đề cực tính: Cực tính linh kiện bị đảo ngược.
· Linh kiện sai: Loại linh kiện sai, giá trị sai hoặc kích thước vỏ bao không phù hợp.
· Khuyết tật chân nối: Chân nối bị nhấc lên, chân nối bị cong hoặc chân nối không tiếp xúc đúng trên các pad.

Lỗi Mối Hàn

Trong giai đoạn sau khi hàn chảy (sau khi hàn), AOI tập trung vào chất lượng mối hàn — mục tiêu kiểm tra phổ biến nhất:
· Thiếu thiếc: Các mối nối yếu, không hoàn chỉnh, có nguy cơ tiếp xúc điện kém.
· Thừa thiếc: Các mối nối cồng kềnh có thể gây ra hiện tượng đoản mạch.
· Cầu thiếc: Các kết nối thiếc không mong muốn giữa các pad/lớp mạch liền kề.
· Thiếc lạnh: Các mối nối xỉn màu, dạng hạt với độ bám dính yếu, do nhiệt độ nung chảy không đủ.
· Tombstoning: Linh kiện bị nghiêng (một đầu bị nâng khỏi pad) do sự nóng chảy thiếc không đồng đều.
· Hạt thiếc: Các hạt thiếc nhỏ li ti, vương vãi, có thể gây đoản mạch trên các mạch in mật độ cao.

Kiểm Tra Cuối Cùng Sau Lắp Ráp

Đối với các mạch in đã lắp ráp hoàn chỉnh, AOI thực hiện kiểm tra cuối cùng toàn diện:
· Tính đầy đủ tổng thể của quá trình lắp ráp và sự tuân thủ theo đặc tả thiết kế.
· Hư hỏng linh kiện trong quá trình hàn hoặc thao tác.
· Tuân thủ các tiêu chuẩn ngành về chất lượng mối hàn và độ chính xác trong đặt vị linh kiện.

Các kiểm tra của AOI nhanh chóng, nhất quán và có thể truy vết — tạo ra các báo cáo chi tiết về lỗi để giúp các nhà sản xuất tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm tỷ lệ sản phẩm bị lỗi.

Các loại AOI: 2D AOI so với 3D AOI
Trong kiểm soát chất lượng PCB/PCBA, Kiểm tra Quang học Tự động (AOI) chủ yếu được chia thành 2D AOI và 3D AOI dựa trên nguyên lý hình ảnh và đo lường. Cả hai công nghệ đều phục vụ phát hiện lỗi nhưng khác biệt đáng kể về độ chính xác, các tình huống ứng dụng và khả năng cốt lõi—đặc biệt đối với các bảng mạch hiện đại có mật độ cao và kích thước nhỏ gọn.

2D AOI
Nguyên lý cốt lõi: Sử dụng công nghệ hình ảnh phẳng 2D, dựa vào camera công nghiệp độ phân giải cao và hệ thống chiếu sáng nhiều góc để chụp các hình ảnh 2D bề mặt PCB/PCBA. Nó phát hiện lỗi bằng cách so sánh hình dạng, kích thước và màu sắc trên mặt phẳng của linh kiện, mối hàn và đường mạch với dữ liệu CAD tham chiếu hoặc mẫu chuẩn.
Tính năng nổi bật
· Ưu điểm:
Chi phí thiết bị thấp và dễ bảo trì, phù hợp với các nhà máy vừa và nhỏ có nhu cầu kiểm tra cơ bản.
Tốc độ quét nhanh, lý tưởng cho các dây sản xuất khối lượng cao của các PCB tiêu chuẩn.
Hiệu quả trong phát hiện các khuyết tật phẳng.
· Hạn chế:
Chỉ ghi nhận thông tin mặt phẳng bề mặt, không thể đo chiều cao và thể tích. Thường xuyên đưa ra nhận định sai hoặc bỏ sót các khuyết tật liên quan đến 3D.
Dễ xảy ra cảnh báo sai do thay đổi góc chiếu sáng hoặc sự biến đổi màu sắc linh kiện.
Ít hiệu quả đối với linh kiện khoảng cách nhỏ và các PCB mật độ cao.
· Các kịch bản ứng dụng điển hình
Kiểm tra trước khi hàn chảy đối với các PCB mật độ thấp (kiểm tra sự hiện diện linh kiện, cực tính và độ lệch đặt linh kiện).
Kiểm tra các khuyết tật hàn mối nối đơn giản trên các PCB thiết bị điện tử tiêu dùng.
Các dây sản xuất nhạy cảm với chi phí, có yêu cầu chất lượng cơ bản.

3D AOI
Nguyên tắc cốt lõi: Kết hợp hình ảnh phẳng 2D với công nghệ đo chiều cao 3D (thường là tam giác laser hoặc quét ánh sáng cấu trúc). Hệ thống chiếu tia laser hoặc ánh sáng cấu trúc lên bề mặt PCB/PCBA, tính toán tọa độ 3D của từng điểm bằng cách phân tích góc phản xạ và độ dịch lệch của ánh sáng, sau đó xây dựng mô hình 3D hoàn chỉnh của bo mạch. Việc phát hiện lỗi dựa trên cả dữ liệu vị trí phẳng và chiều cao/thể tích.
Tính năng nổi bật
· Ưu điểm:
Đo chính xác chiều cao, thể tích mối hàn và độ phẳng của linh kiện—loại bỏ các cảnh báo sai do hạn chế của hình ảnh 2D phẳng. Hệ thống có thể xác định chính xác các lỗi như thiếu thiếc, dư thiếc, hiện tượng tombstoning và chân dẫn bị nâng lên.
Độ chính xác phát hiện cao đối với linh kiện có bước chân nhỏ và linh kiện phức tạp, vốn phổ biến trong các PCB dùng cho điện tử ô tô, thiết bị y tế và hàng không vũ trụ.
Hỗ trợ phân tích định lượng các lỗi, cho phép tối ưu hóa quy trình dựa trên dữ liệu.
· Hạn chế:
Chi phí thiết bị cao hơn và thời gian quét lâu hơn so với AOI 2D.
Hiệu chuẩn và bảo trì phức tạp hơn, đòi hỏi kỹ thuật viên chuyên nghiệp.
· Các kịch bản ứng dụng điển hình
Kiểm tra sau khi hàn lại các mạch in mật độ cao, độ chính xác cao.
Kiểm tra các mối hàn phức tạp (BGA, QFN) và các linh kiện thu nhỏ.
Dây chuyền sản xuất có yêu cầu chất lượng nghiêm ngặt.

AOI trong PCB và SMT: Các kịch bản ứng dụng chính
Kiểm tra quang học tự động là một công cụ kiểm soát chất lượng không thể thiếu trong suốt quá trình sản xuất mạch in và lắp ráp SMT. Được triển khai tại các điểm kiểm soát sản xuất then chốt, AOI đảm bảo phát hiện khuyết tật sớm, giảm chi phí sửa chữa và duy trì chất lượng sản phẩm ổn định. Dưới đây là các kịch bản ứng dụng cốt lõi, được phân loại theo giai đoạn sản xuất.

Các ứng dụng AOI trong sản xuất mạch in (kiểm tra mạch trần)
AOI được sử dụng để kiểm tra tính toàn vẹn cấu trúc của các PCB trần trước khi lắp linh kiện, nhằm phát hiện các khuyết tật xuất hiện trong quá trình ăn mòn, khoan và phủ lớp mặt hàn.

Kiểm tra sau ăn mòn
· Mục đích: Kiểm tra các khuyết tật đường mạch ảnh hưởng đến kết nối điện.
· Các khuyết tật được phát hiện: Mạch hở (đường mạch đứt), mạch ngắn (kết nối đường mạch không mong muốn), sai lệch chiều rộng đường mạch, ăn mòn quá mức hoặc không đủ, và thiếu các vùng cách điện (anti-pads).
· Giá trị: Phát hiện sớm các khuyết tật điện nghiêm trọng, ngăn ngừa việc sửa chữa tốn kém sau khi lắp linh kiện.

Kiểm tra sau lớp mặt hàn và in silkscreen
· Mục đích: Xác minh độ chính xác của lớp mặt hàn và in silkscreen.
· Các khuyết tật được phát hiện: Lớp mặt hàn bong tróc, các cửa mở lớp mặt hàn lệch vị trí, bong bóng trong lớp mặt hàn, nhãn silkscreen sai, và mực silkscreen bị nhòe.
· Giá trị: Đảm bảo lớp mặt hàn bảo vệ các đường mạch khỏi oxy hóa và silkscreen hỗ trợ việc đặt linh kiện tiếp theo cũng như xử lý sự cố.

Kiểm tra sau khoan/via
· Mục đích: Kiểm tra các lỗ khoan và vias về độ chính xác cơ học.
· Các lỗi phát hiện: Lỗ lệch tâm, vias quá lớn/quá nhỏ, vias bị tắc (chặn không cố ý) và vias bị thiếu.
· Giá trị: Đảm bảo kết nối giữa các lớp đáng tin cậy trong PCB nhiều lớp.

Ứng dụng AOI trong quy trình lắp ráp SMT
SMT là cốt lõi của sản xuất PCBA, và AOI được triển khai ở ba giai đoạn chính để kiểm soát chất lượng đặt linh kiện và hàn.

AOI trước khi hàn chảy
· Thời điểm: Sau khi máy pick-and-place gắn linh kiện xong, trước khi bảng đi vào lò hàn chảy.
· Mục đích: Xác minh độ chính xác vị trí đặt linh kiện trước khi hàn – đây là điểm kiểm tra hiệu quả nhất về chi phí để sửa lỗi.

Các lỗi phát hiện:
Vấn đề linh kiện: Thiếu linh kiện, dư linh kiện, loại/giá trị linh kiện sai, cực tính đảo ngược.
Vấn đề đặt linh kiện: Lệch thành phần, xoay vượt dung sai, chân dẫn bị nâng lên và linh kiện không được đặt đúng trên các pad.
Giá trị: Tránh các bo mạch lỗi vào lò hàn chảy, giảm lãng phí thiếc hàn và nhân công sửa chữa.

AOI sau khi hàn chảy
Thời điểm: Ngay sau khi bo mạch ra khỏi lò hàn chảy (tình huống AOI được sử dụng phổ biến nhất trong SMT).
Mục đích: Kiểm tra chất lượng mối hàn và độ nguyên vẹn của linh kiện sau khi hàn.

Các lỗi phát hiện:
Lỗi mối hàn: Mối nối thiếc (nối tắt giữa các pad), thiếu thiếc, thừa thiếc, hàn nguội (độ bám dính kém), hiện tượng mộ đá (linh kiện nghiêng đứng) và các hạt thiếc rời.
Hư hỏng linh kiện: Vỏ IC nứt, chân dẫn bị cong do nhiệt độ cao trong quá trình hàn chảy, và linh kiện bị dịch chuyển.
Giá trị: Đảm bảo các mối hàn đáp ứng tiêu chuẩn IPC và ngăn ngừa các vấn đề về độ tin cậy trong sản phẩm cuối.

AOI sau lắp ráp
Thời điểm: Sau khi chèn thủ công các linh kiện lỗ xuyên (nếu có) và kiểm tra chức năng.
Mục đích: Thực hiện kiểm tra tổng thể cuối cùng đối với mạch in đã được lắp ráp hoàn chỉnh.
Các lỗi phát hiện: Thiếu linh kiện hàn lỗ, hàn tay không đúng cách, đầu nối bị hư hỏng và dư lượng flux hoặc nhiễm bẩn trên bề mặt mạch.
Giá trị: Đóng vai trò là cổng kiểm soát chất lượng cuối cùng trước khi giao hàng, đảm bảo chỉ những sản phẩm đạt chuẩn mới đến tay khách hàng.

Các tình huống ứng dụng chuyên biệt cho ngành công nghiệp yêu cầu độ tin cậy cao

Đối với các ngành có yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng, AOI được điều chỉnh phù hợp với nhu cầu cụ thể:

· Điện tử ô tô: aOI 3D được sử dụng để kiểm tra mạch in cho các bộ điều khiển động cơ (ECU) và hệ thống ADAS, tập trung vào độ đồng phẳng của mối hàn và độ tin cậy linh kiện trong điều kiện nhiệt độ cao.
· Thiết bị y tế: AOI xác minh mạch in cho máy tạo nhịp tim, thiết bị chẩn đoán, v.v., đảm bảo không có lỗi để tuân thủ các tiêu chuẩn FDA và ISO 13485.
· Hàng không & Quốc phòng: AOI 3D độ chính xác cao kiểm tra các mạch in thu nhỏ, mật độ cao dùng trong hàng không vũ trụ, phát hiện các lỗi vi mô có thể gây lỗi hệ thống trong môi trường khắc nghiệt.