Obsah
1.Co je automatizovaný optický kontrolní stroj při osazování desek plošných spojů?
2.Manuální vizuální kontrola vs. automatizovaná optická kontrola
3.Kde se AOI hodí do výrobní linky SMT
4.Jak funguje automatizovaný optický inspekční stroj
5.Běžné vady montáže desek plošných spojů detekované pomocí AOI
6.Klíčové parametry stroje AOI, které by kupující měli znát
7.AOI vs. SPI, rentgen, ICT a FCT
8.Na co by se měli kupující zeptat před výběrem výrobce desek plošných spojů s AOI
9.Přístup PCBasic k AOI v malých a středních dávkách výroby desek plošných spojů (PCBA)
10.Nejčastější dotazy
Každá součástka na desce plošných spojů (PCB) musí být umístěna přesně. Použití nesprávného rezistoru, přehlédnutí studeného pájeného spoje nebo povolení nesprávného zarovnání součástky nad stanovenou toleranci může vést k vyšší míře poruchovosti v poli, nákladnějším opravám nebo dokonce ke stažení produktů z trhu. S rostoucí složitostí desek plošných spojů a zvyšující se hustotou rozteče jejich součástek se stalo nemožným spolehlivě detekovat vady pouze ruční kontrolou.
Řešením tohoto problému je automatizovaná optická inspekce (AOI).
Stroje AOI se tiše staly jednou z nejdůležitějších součástí dnešních montážních linek pro povrchovou montáž (SMT) a ačkoli stroje AOI nemusí být nejviditelnější součástí celkového výrobního procesu, poskytují rychlé, konzistentní a vysoce opakovatelné výsledky kontrol, které výrazně převyšují výsledky získané manuálními kontrolami velkoobjemové výroby.
Tato příručka vysvětlí, jak systémy AOI detekují vady; jaké typy vad mohou a nemohou detekovat; provozní parametry, které mohou vést k tomu, že určité typy vad zůstanou neodhaleny; a jaké otázky by si kupující měli položit před hodnocením systémů kontroly kvality nabízených dodavatelem desek plošných spojů.
Co je automatizovaný optický kontrolní stroj při osazování desek plošných spojů?
Význam AOI ve výrobě SMT a PCBA
Automatizovaná optická kontrola (AOI) je automatizovaná metoda používaná ke kontrole osazené desky plošných spojů (PCB) pomocí kamer s vysokým rozlišením a strukturovaného osvětlení. Systém porovnává pořízené snímky desky plošných spojů s referenčním standardem a označuje jakékoli nesrovnalosti.
Stroje AOI se obvykle umisťují v klíčových fázích výrobní linky. Obvykle se umisťují buď bezprostředně po umístění součástek, nebo po pájení reflow, přičemž každé místo slouží jinému účelu, a to k co nejranější detekci vad.
Technologie AOI se označuje různými způsoby, včetně automatizované vizuální kontroly (AVI) nebo optických inspekčních systémů. Bez ohledu na použitou terminologii všechny tyto termíny popisují stejnou automatizovanou inspekční technologii používanou v moderní výrobě desek plošných spojů.
Manuální vizuální kontrola vs. automatizovaná optická kontrola
Praxe manuální vizuální kontroly (MVI) je součástí elektronického průmyslu již od doby, kdy byly sestaveny první desky plošných spojů. Vyškolený inspektor používá lupu nebo zvětšovací sklo k prozkoumání desky, zda na ní nejsou vady nebo potenciální vady. To je docela efektivní u jednoduchých desek osazených velkými součástkami s průchozími otvory; moderní desky s technologií povrchové montáže (SMT) však představují výzvu.
Součástky jako pasivní prvky 0201, jemně roztečná kulová mřížková pole (BGA) a čtyřnásobné ploché bezvývodové prvky (QFN) vyžadují specifickou úroveň zvětšení, osvětlení a ohniskové vzdálenosti, které je obtížné udržet během osmihodinové směny. Lidský inspektor navíc pociťuje únavu, a v důsledku toho se míra úniku vad výrazně zvyšuje po prvních dvou hodinách kontroly a opět se zvyšuje během páté hodiny. To není odrazem individuálních schopností, ale spíše ukazatelem toho, jak funguje vizuální pozornost během opakujících se úkolů.
Naopak automatizovaná optická kontrola (AOI) těmito jevy netrpí. Stroj využívá stejný algoritmus k vyhodnocení desky číslo 1 i desky číslo 5 000. Osvětlení je stejné, poloha kamery se nehýbe a kritéria hodnocení se v průběhu výrobní série nemění.
Kde se AOI hodí do výrobní linky SMT
Většina SMT linek umisťuje AOI na dva klíčové body: po umístění součástky a po pájení reflow.
Post-umisťovací AOI se používá před vstupem desky do reflow pece. V této fázi AOI stroj kontroluje, zda nechybí součástky, zda nejsou posunuté, otočené nebo nesprávně orientované. To pomáhá odhalit problémy s umístěním před vytvořením pájených spojů.
Nejběžnější polohou AOI je následné přetavování desek (AOI). Poté, co desky opustí přetavovací pec a vytvoří se pájené spoje, zařízení AOI skenuje viditelné vady pájení, chyby v umístění, chybějící součástky, překážky, pájené můstky a problémy s polaritou. Toto je primární ukazatel kvality v mnoha SMT výrobních prostředích.
Některé vysoce složité výrobní linky přidávají po selektivním pájení nebo pájení vlnou pro součástky procházející otvory druhý průchod AOI. Konkrétní umístění závisí na složitosti desky, historii vad a objemu výroby.
Jak funguje automatizovaný optický inspekční stroj
Zachycení obrazu, osvětlení a zarovnání desky
Zarovnání desky plošných spojů proběhne po jejím vložení do zařízení pro automatizovanou optickou kontrolu (AOI). Poloha desky plošných spojů je určena sadou malých referenčních značek, které AOI používá jako referenci. Odsazené zarovnání zneplatní všechna porovnání.
Po dokončení procesu zarovnání používá AOI stroj kameru nebo více kamer (v závislosti na velikosti desky plošných spojů) namontovaných nad deskou plošných spojů k zachycení obrazů desky plošných spojů v definovaných sekcích neboli zorných polích (FOV). Kvalita obrazu může do značné míry záviset na použitém osvětlení. Většina dnes používaných AOI strojů má instalované vícebarevné LED osvětlení s více úhly pohledu, které vytváří stíny, jež poskytují vizuální indikaci tvaru a povrchové úpravy pájeného spoje, stejně jako výšky a povrchové úpravy součástky. V 3D AOI systémech je kvalita obrazů dále vylepšena pomocí strukturovaných světelných vzorů, které kromě vizuálních informací poskytují i přesné vertikální měření výšky součástky.
2D a 3D oblast zájmu
2D automatická optická inspekce (AOI) využívá dvourozměrné zobrazování k prozkoumání desek plošných spojů přímo shora, přičemž obraz je zachycen v ploché rovině. Účelem 2D AOI je ověřit, zda jsou součástky přítomny, správně umístěny a zda je polarita správná, a také ověřit základní vzhled pájeného spoje. 2D verze AOI je navíc velmi rychlá a cenově výhodná. U většiny typů standardních desek plošných spojů bude většina vad detekována pomocí 2D AOI inspekčních systémů.
3D automatizovaná optická inspekce (AOI) přidává do inspekce desek plošných spojů třetí rozměr nejen tím, že pořizuje snímky pájených spojů v ploché rovině, ale také vytváří výškovou mapu obrazu pájeného spoje a součástky. Toto přidání informací o výšce do inspekce vede k detekci dalších vad, protože některé vady jsou v datech o výšce velmi zřejmé, ačkoli nebyly detekovatelné v 2D nebo plochém snímku. Mezi vady, které vyžadují 3D charakterizaci k detekci, patří pílkovité vývody, nedostatečné množství pájky ve spoji a mírné deformace.
Stručně řečeno, 3D automatizovaná optická inspekce (AOI) nabízí velmi odlišné možnosti od 2D automatizované optické inspekce. Existuje také značný cenový rozdíl, protože 3D AOI systémy stojí podstatně více, často dvakrát až třikrát více, než ekvivalentní 2D AOI systém při srovnatelných objemech výroby.
Nastavení programu AOI a srovnání Golden Board
Každý stroj AOI potřebuje program, než může zkontrolovat nový návrh desky. Existují dva hlavní přístupy. Prvním je programování založené na CADu, kde se přímo importují soubory Gerber, data kusovníku a soubory centroidů. Druhým je tzv. „golden board teaching“, kde se naskenuje ověřená deska bez vad a stroj se učí z této sady obrázků.
Obě metody mají své kompromisy. Programování založené na CADu je rychlejší na nastavení pro nové návrhy. Metody zlaté desky mohou být přesnější pro desky s neobvyklými povrchovými úpravami nebo speciálními komponenty, ale zcela závisí na tom, zda je zlatá deska skutečně bez vad, což není vždy zaručeno.
Běžné vady montáže desek plošných spojů detekované pomocí AOI
Vady umístění komponent
Automatizovaný optický kontrolní systém je obzvláště dobrý v odhalování problémů s umístěním. Mezi běžné vady, které detekuje, patří:
• Chybějící komponenty – podložka je tam, komponenta ne
• Šikmé nebo otočené součásti překračující naprogramovanou úhlovou toleranci
• Špatná polarita kondenzátorů, diod a integrovaných obvodů
• Tombstoning – zvednutí jednoho konce pasivní součástky během přetavování
• Posunuté komponenty, kde odsazení umístění překračuje limity překrytí plošek
Vady pájení
AOI může poskytnout velmi užitečnou funkci při detekci pájecích můstků, což je nebezpečná vada, která vzniká, když přebytečná pájka spojuje dva kontakty, které by při pohledu shora NEMĚLY být spojeny. AOI bude obvykle schopna detekovat pájecí můstky, když je můstek dobře viditelný shora.
Pokud na součástku není naneseno dostatečné množství pájky, výsledný pájecí filet bude malý nebo nebude mít dostatečné „smáčení“ plošky, které by umožnilo pájce správně přilnout k plošce. Systém AOI dokáže detekovat také pájecí kuličky, zbytky tavidla a studené spoje (které lze často identifikovat podle matnosti a/nebo drsnosti).
Povrchové a značené vady
Kromě umístění a pájení AOI také signalizuje problémy na úrovni desek plošných spojů: poškozené kontaktní plošky, chybějící sítotiskové značení, zvednuté stopy poblíž okrajů součástek a nesprávné označení součástek, když je povoleno rozpoznávání znaků.
Vady, které AOI nedokáže plně detekovat
Stojí za to být upřímný ohledně omezení. AOI vidí povrch. Nemůže vidět dovnitř pájeného spoje, pod pouzdro BGA ani do průchodky. Dutiny v pájecích kuličkách BGA, což je běžný problém se spolehlivostí, jsou pro optickou kontrolu neviditelné. Zkraty pod pouzdry s nízkou vůlí, otevřené spoje pod QFN a jakékoli vady skryté samotným tělem součástky vyžadují rentgenovou kontrolu. Funkční vady, jako je nesprávná hodnota součástky, nesprávné programování integrovaného obvodu a marginální parametrický výkon, jsou zcela mimo rozsah AOI.
Klíčové parametry stroje AOI, které by kupující měli znát
Pixely kamery, rozlišení pixelů a zorné pole (FOV)
Rozlišení kamery určuje, jak malou vadu dokáže stroj spolehlivě detekovat. Rozlišení se obvykle vyjadřuje v mikronech na pixel; čím menší číslo, tím jemnější detaily jsou viditelné. Pro kontrolu součástek 0201 a integrovaných obvodů s jemnou roztečí vývodů 0.4 mm nebo 0.5 mm je obvykle potřeba rozlišení v rozsahu 10–15 mikronů.
Velikost, tloušťka, vůle a deformace desek plošných spojů
Každý automatizovaný optický kontrolní stroj má maximální velikost desky, kterou dokáže zpracovat. Běžné limity se pohybují od minimálně 50×50 mm do 510×460 mm nebo větších pro panely. Tolerance deformace je často přehlížená specifikace. Typická je maximální hodnota 1–2 mm; silně deformované desky je třeba upevnit, jinak je nelze spolehlivě kontrolovat.
Rychlost kontroly a přizpůsobení se výrobě
Rychlost kontroly se obvykle uvádí v cm²/s nebo v deskách za hodinu pro referenční velikost desky. Přizpůsobte propustnost stroje rychlosti vaší linky, nejen specifikaci. Stroj AOI, který trvá dvakrát déle než vaše reflow pec, vytváří úzké hrdlo.
Typické příklady parametrů AOI
|
Parametr
|
Typický rozsah
|
|
Rozlišení
|
8–20 µm/pixel
|
|
Maximální velikost PCB
|
510 × 460 mm
|
|
Minimální tloušťka PCB
|
0.5 mm
|
|
Maximální deformace plošných spojů
|
≤ 1.5 mm
|
|
Rychlost kontroly
|
60–150 cm²/s
|
|
Opakování Přesnost
|
±15 µm nebo lepší
|
AOI vs. SPI, rentgen, ICT a FCT
AOI vs. SPI
SPI (Solder Paste Inspection) kontroluje objem, plochu, výšku a ofset pasty před umístěním jakýchkoli součástek. SPI včas odhaluje chyby při tisku pasty, ještě předtím, než se započítávají náklady na součástky. AOI po přetavení zachycuje výsledky všeho, co se stalo po tisku pasty. Tyto dva systémy se doplňují, nikoli zaměňují.
AOI vs. rentgenová inspekce
Rentgenová kontrola je nástroj, který umožňuje vidět to, co optická indukce (AOI) nevidí. BGA, QFN, CSP – jakékoli pouzdro, pod kterým se skrývají pájené spoje, vyžaduje rentgenové vyšetření k ověření kvality spoje. AOI je rychlejší a levnější na desku; rentgen je pomalejší a dražší, ale odhaluje to, co optické systémy fyzicky nevidí.
AOI vs. ICT a FCT
In-Circuit Testing (ICT) využívá upínací přípravek s hřebíky k prozkoumání jednotlivých uzlů a ověření hodnot součástek, zkratů a přerušení. Funkční obvodové testování (FCT) zapne desku a testuje ji jako skutečné zařízení. V dobře navrženém programu kontroly kvality se AOI, ICT a FCT vzájemně doplňují a každý z nich zachycuje to, co ostatní přehlížejí.
Na co by se měli kupující zeptat před výběrem výrobce desek plošných spojů s AOI
Je AOI inline nebo offline?
Inline AOI se připojuje přímo k dopravníku SMT; desky procházejí automaticky bez ruční manipulace. Offline AOI vyžaduje, aby operátoři desky vkládali ručně. „Máme AOI“ a „máme inline AOI“ jsou významově odlišné odpovědi. Zeptejte se konkrétně.
Jak se vytvářejí a ověřují programy AOI?
Špatně nakonfigurovaný program AOI je skoro horší než žádný program, generuje obrovské množství falešných poplachů, operátoři začnou přijímat hlášení, aniž by je zkontrolovali, a skutečné závady proklouznou. Zeptejte se, jak se programy vytvářejí, jak se nastavují tolerance a jak často se programy auditují a aktualizují.
Jak se zaznamenávají a sledují vady AOI?
Pro každou chybu signalizovanou strojem byste měli vytvořit záznam obsahující typ závady, její umístění na desce plošných spojů, čas a datum chyby, ID stroje a stav (nebo likvidaci). Všechna tato data vytvoří obraz o tom, kde vaše závady vznikají (které procesy se odchylují) a kde dochází k celkové ztrátě výtěžnosti. Pokud je výrobce schopen poskytnout zprávy o trendech vad, pak používá informace o oblasti zájmu správně.
Jak funguje AOI s opravami a závěrečnou kontrolou?
AOI je detekční nástroj, nikoli oprava. Desky s potvrzenými vadami je třeba přepracovat. Zeptejte se, jak je přepracování schváleno, zdokumentováno a znovu kontrolováno. Deska, která prošla přepracováním, by měla mít tuto historii připojenou k záznamu o cestujícím. Závěrečná kontrola by měla proběhnout po jakémkoli přepracování, nikoli před ním.
O PCBasicu
Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.
Přístup PCBasic k AOI v malých a středních dávkách výroby desek plošných spojů (PCBA)
Ve společnosti PCBasic se kontrola AOI používá jak u SMT, tak u DIP osazování. V procesu SMT se po pájení reflow používá 8 inspekčních systémů SMT AOI VCTA-A480 ke kontrole viditelných vad, jako jsou chybějící díly, posunutí součástek, chyby polarity, tombstoning, pájecí můstky a špatný vzhled pájeného spoje. V procesu DIP používá PCBasic inspekční systém DIP AOI od společnosti Leichen Technology ke kontrole zásuvných součástek po vložení a pájení.
Pro malé a střední série projektů výroby desek plošných spojů je toto oddělení důležité. SMT AOI se zaměřuje na husté povrchově montované součástky, zatímco DIP AOI pomáhá kontrolovat kvalitu součástek procházejících otvory, konektorů a dalších zásuvných dílů. Společně činí AOI vhodnějším pro sestavy desek plošných spojů se smíšenou technologií, než pouze pro standardní SMT desky.
AOI v toku kontroly kvality SMT
Post-reflow AOI poskytuje rychlou zpětnou vazbu po pájení. Pokud několik desek vykazuje stejný pájecí můstek na stejné součástce, problém může souviset s objemem pájecí pasty, návrhem otvoru šablony, přesností umístění nebo nastavením reflow. Včasné nalezení tohoto opakujícího se vzoru pomáhá inženýrům upravit proces dříve, než vada ovlivní více desek v dávce.
Flexibilní využití AOI pro vícerozměrné malosériové projekty
Vysokokvalitní a nízkoobjemová výroba desek plošných spojů (PCBA) je oblastí, kde se správa programů AOI stává skutečnou disciplínou. Přepínání mezi deseti různými návrhy desek plošných spojů v jedné směně znamená, že deset různých inspekčních programů musí být přesných a připravených. Knihovny referenčních dat, standardizované šablony tolerancí podle řady součástek a programové soubory s řízenou verzí to usnadňují.
Kombinace AOI s dalšími inspekčními a testovacími metodami
Praktický systém kontroly kvality pro desky plošných spojů střední složitosti obvykle zahrnuje kontrolu vrstev pájecí pasty (pro kvalitu tisku), následnou reflow AOI (pro umístění a pájení), rentgenový odběr vzorků (pro ověření BGA a skrytých spojů) a funkční testování (pro elektrické ověření). AOI je vrstva s nejvyšší propustností; zpracovává každou desku rychle. Ostatní metody zachycují to, co AOI přehlédne, a to s ohledem na jejich náklady a čas.
Závěr
Moderní výrobci desek plošných spojů (PCBA) vyžadují automatizovaný optický kontrolní stroj jako základní požadavek pro jakékoli výrobní prostředí, které klade důraz na kvalitu. Žádný samostatný kontrolní systém však nedokáže detekovat všechny vady. Proto správně naprogramovaný systém AOI při integraci do fáze přetavování poskytuje jednu z nejúčinnějších kontrol kvality povrchově viditelných vad, přesnosti umístění a vzhledu pájeného spoje.
Pokud hodnotíte potenciální dodavatele desek plošných spojů (PCBA), není otázka „Máte stroj AOI?“ správná. Spíše byste se měli ptát, jak stroj AOI zapadá do celkového procesu kontroly kvality, jak se programy aktualizují tak, aby splňovaly měnící se výrobní požadavky, a jak se data o vadách z AOI používají ke zlepšení celého procesu. Informace, které obdržíte v odpovědi na tyto otázky, vám nakonec poskytnou lepší pochopení kultury kvality výrobce, než jaké byste získali pouhým pohledem na specifikace stroje AOI.
Pokud hledáte 3D AOI stroj pro vaše zařízení nebo hodnotíte smluvní výrobce, lepší pochopení toho, co AOI dokáže a co nemůže, vám poskytne informace potřebné k dobrému rozhodnutí.
Nejčastější dotazy
Otázka: Co je AOI při osazování desek plošných spojů?
AOI (Automated Optical Inspection) je strojový systém, který využívá kamery a osvětlení ke skenování desek plošných spojů a hledání vad, jako jsou chybějící součástky, pájecí můstky, nesprávné zarovnání a chyby polarity, a to porovnáním s referenčním standardem.
Otázka: Jaký je rozdíl mezi 2D a 3D AOI?
2D AOI využívá snímky shora dolů k detekci viditelných povrchových vad. 3D AOI přidává měření výšky pomocí strukturovaného světla, což umožňuje detekci problémů, jako je nedostatečné pájení nebo zvednuté vývody, které nejsou na 2D snímcích zřetelné.
Otázka: Jaké vady nedokáže AOI odhalit?
AOI nemůže kontrolovat vnitřní pájené spoje ani prostor pod součástkami. Vady, jako jsou dutiny v BGA, skryté zkraty nebo elektrické závady, vyžadují rentgenové nebo funkční testování.
Otázka: Kolik stojí automatizovaný optický kontrolní stroj?
Ceny se liší podle typu systému. Základní 2D offline systémy začínají na ceně kolem 30 000–60 000 USD, inline 2D systémy se pohybují od 80 000 do 150 000 USD a pokročilé 3D systémy mohou v závislosti na funkcích přesáhnout 200 000–400 000 USD.
Otázka: Je AOI totéž co SPI?
Ne. SPI kontroluje pájecí pastu před umístěním, zatímco AOI kontroluje součástky po umístění nebo přetavení. Jsou to odlišné, ale vzájemně se doplňující procesy.
Otázka: Na co se mám zeptat výrobce desek plošných spojů vybavených technologií AOI?
Zeptejte se, zda je AOI inline nebo offline, jak se vytvářejí inspekční programy, jak se používají data o vadách a jak se ověřují přepracované desky. Tyto detaily jsou důležitější než jen samotná existence stroje.
