홈페이지 > 블로그 > 지식베이스 > 자동 광학 검사 장비: AOI가 PCB 조립 품질을 향상시키는 방법
인쇄회로기판(PCB)의 각 부품은 정확하게 배치되어야 합니다. 잘못된 저항을 사용하거나, 냉납을 간과하거나, 부품 정렬 불량이 허용 오차를 벗어나면 현장 불량률이 높아지고, 재작업 비용이 증가하거나, 심지어 제품 리콜로 이어질 수 있습니다. PCB가 더욱 복잡해지고 부품 피치 밀도가 높아짐에 따라 수동 검사만으로는 결함을 안정적으로 감지하는 것이 불가능해졌습니다.
이 문제에 대한 해결책은 자동 광학 검사(AOI)입니다.
AOI 장비는 오늘날 표면 실장 기술(SMT) 조립 라인에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나로 조용히 자리 잡았습니다. AOI 장비는 전체 제조 공정에서 가장 눈에 띄는 구성 요소는 아닐지라도, 대량 생산 과정에서 수동 검사로 얻는 결과보다 훨씬 뛰어난 신속하고 일관적이며 반복성이 높은 검사 결과를 제공합니다.
이 가이드에서는 AOI 시스템이 결함을 감지하는 방법, 감지 가능한 결함 유형과 감지할 수 없는 결함 유형, 특정 유형의 결함을 감지하지 못하게 할 수 있는 작동 매개변수, 그리고 PCBA 공급업체가 제공하는 품질 관리 시스템을 평가하기 전에 구매자가 고려해야 할 질문에 대해 설명합니다.

자동 광학 검사(AOI) 이 시스템은 고해상도 카메라와 구조화된 조명을 이용하여 부품이 장착된 인쇄회로기판(PCB)을 검사하는 자동화된 방법입니다. 시스템은 촬영된 PCB 이미지를 기준 표준과 비교하여 불일치 사항을 표시합니다.
AOI 장비는 일반적으로 생산 라인의 주요 단계에 배치됩니다. 주로 부품 배치 직후 또는 리플로우 솔더링 직후에 설치되며, 각 위치는 결함을 최대한 조기에 감지하는 데 서로 다른 목적을 가지고 있습니다.
AOI 기술은 자동 시각 검사(AVI) 또는 광학 검사 시스템 등 다양한 용어로 불립니다. 어떤 용어를 사용하든, 이 모든 용어는 현대 PCB 제조에 사용되는 동일한 자동 검사 기술을 나타냅니다.
수동 육안 검사(MVI)는 최초의 PCB가 조립된 이후 전자 산업에서 중요한 역할을 해왔습니다. 숙련된 검사자는 확대경이나 돋보기를 사용하여 기판의 결함이나 잠재적 결함을 검사합니다. 이는 대형 스루홀 부품이 장착된 단순한 기판에는 매우 효과적이지만, 최신 표면 실장 기술(SMT) 기판은 검사에 어려움을 초래합니다.
0201 패시브 부품, 미세 피치 볼 그리드 어레이(BGA), 쿼드 플랫 노리드(QFN)와 같은 부품은 특정 수준의 확대율, 조명 및 초점 거리를 필요로 하는데, 이는 8시간 교대 근무 동안 유지하기 어렵습니다. 또한, 검사자는 피로를 경험하며, 그 결과 검사 시작 후 2시간이 지나면 불량률이 크게 증가하고, 5시간째에도 다시 증가합니다. 이는 개별 검사자의 능력 부족을 나타내는 것이 아니라, 반복적인 작업 중에 시각적 주의력이 어떻게 작용하는지를 보여주는 것입니다.
반대로 자동 광학 검사(AOI)는 이러한 영향에서 자유롭습니다. 이 장비는 동일한 알고리즘을 사용하여 1번 보드와 5,000번 보드를 모두 평가합니다. 조명 조건도 동일하고, 카메라 위치도 움직이지 않으며, 생산 과정 전반에 걸쳐 평가 기준도 변경되지 않습니다.
대부분의 SMT 라인은 부품 배치 후와 리플로우 솔더링 후, 두 가지 핵심 지점에 AOI를 배치합니다.
기판이 리플로우 오븐에 들어가기 전에 후처리 AOI 검사가 사용됩니다. 이 단계에서 AOI 장비는 부품이 누락되었거나, 위치가 어긋났거나, 회전되었거나, 방향이 잘못되었는지 확인합니다. 이를 통해 납땜 접합부가 형성되기 전에 배치 문제를 발견할 수 있습니다.
리플로우 후 AOI는 가장 일반적인 AOI 위치입니다. 기판이 리플로우 오븐에서 나와 솔더 접합부가 형성된 후, AOI 장비는 육안으로 보이는 솔더링 결함, 배치 오류, 누락된 부품, 툼스토닝, 솔더 브리지 및 극성 문제를 검사합니다. 이는 많은 SMT 생산 환경에서 주요 품질 검사 단계입니다.
일부 고난이도 생산 라인에서는 스루홀 부품의 경우 선택적 솔더링 또는 웨이브 솔더링 후 두 번째 AOI 패스를 추가합니다. 구체적인 위치는 보드 복잡성, 불량 이력 및 생산량에 따라 달라집니다.

회로기판의 정렬은 자동 광학 검사(AOI) 장비에 장착된 후에 이루어집니다. PCB의 위치는 AOI가 참조용으로 사용하는 작은 기준 마크 또는 피듀셜 마크 세트를 통해 결정됩니다. 정렬이 어긋나면 모든 비교 결과가 무효화됩니다.
정렬 과정이 완료되면 AOI 장비는 PCB 크기에 따라 하나 또는 여러 개의 카메라를 회로 기판 위에 장착하여 정의된 영역, 즉 시야(FOV) 내의 PCB 이미지를 캡처합니다. 이미지 품질은 사용되는 조명에 크게 좌우됩니다. 오늘날 사용되는 대부분의 AOI 장비는 납땜 접합부의 모양과 마감, 부품의 높이와 마감을 시각적으로 보여주는 그림자를 생성하기 위해 다색, 다각도 LED 조명을 설치했습니다. 3D AOI 시스템에서는 구조광 패턴을 사용하여 이미지 품질을 더욱 향상시키며, 이를 통해 시각적 정보 외에도 부품 높이의 정확한 수직 측정값을 제공합니다.
2D 자동 광학 검사(AOI)는 2차원 이미징을 이용하여 기판을 바로 위에서 평면 이미지로 검사합니다. 2D AOI의 목적은 부품의 존재 여부, 위치, 극성 등을 확인하고 납땜 접합부의 기본적인 외관을 검사하는 것입니다. 또한, 2D AOI는 검사 속도가 매우 빠르고 비용 효율적입니다. 대부분의 표준 인쇄 회로 기판에서 발생하는 결함은 2D AOI 검사 시스템을 통해 대부분 검출할 수 있습니다.
3D 자동 광학 검사(AOI)는 기판 검사에 3차원 정보를 추가합니다. 평면에서 납땜 접합부 이미지를 획득하는 것뿐만 아니라, 납땜 접합부와 부품의 높이 맵을 생성하기 때문입니다. 이러한 높이 정보 추가는 결함 탐지율을 높여줍니다. 2D 또는 평면 이미지에서는 탐지할 수 없었던 결함들이 높이 데이터에서는 명확하게 드러나기 때문입니다. 3D 분석을 통해 탐지할 수 있는 결함으로는 시소형 리드, 접합부의 납땜량 부족, 미세한 휜 정도 등이 있습니다.
요약하자면, 3D 자동 광학 검사(AOI)는 2D 자동 광학 검사와는 매우 다른 기능을 제공합니다. 또한 가격 차이도 상당한데, 3D AOI 시스템은 동일한 생산량을 기준으로 할 때 동급의 2D AOI 시스템보다 훨씬 비싸며, 대개 2~3배 더 비쌉니다.
모든 AOI 장비는 새로운 기판 설계를 검사하기 전에 프로그램이 필요합니다. 주요 접근 방식에는 두 가지가 있습니다. 첫 번째는 CAD 기반 프로그래밍으로, 거버 파일, BOM 데이터 및 중심점 파일을 직접 가져오는 방식입니다. 두 번째는 골든 보드 티칭으로, 검증되고 결함이 없는 기판을 스캔하여 해당 이미지 세트를 기반으로 장비가 학습하는 방식입니다.
두 방법 모두 장단점이 있습니다. CAD 기반 프로그래밍은 새로운 설계를 설정하는 데 더 빠릅니다. 골든 보드 방식은 특이한 마감 처리나 특수 부품이 있는 보드에 대해 더 정확할 수 있지만, 골든 보드가 실제로 결함이 없어야 한다는 전제 조건에 전적으로 의존하며, 이는 항상 보장되는 것은 아닙니다.
자동 광학 검사 시스템은 특히 배치 문제를 감지하는 데 탁월합니다. 이 시스템이 감지하는 일반적인 결함은 다음과 같습니다.
• 누락된 부품 - 패드는 있지만 부품이 없습니다.
• 설정된 각도 허용 오차를 초과하는 비뚤어지거나 회전된 부품
• 콘덴서, 다이오드 및 IC의 극성 오류
• 툼스토닝(Tombstoning)이란 리플로우 과정에서 수동 부품의 한쪽 끝이 들리는 현상을 말합니다.
• 배치 오프셋이 패드 겹침 한계를 초과하는 경우 구성 요소가 이동됩니다.
AOI는 솔더 브리지를 감지하는 데 매우 유용한 기능을 제공합니다. 솔더 브리지는 위에서 봤을 때 연결되어서는 안 되는 두 패드가 과도한 납으로 연결되어 발생하는 위험한 결함입니다. AOI는 일반적으로 솔더 브리지가 위에서 명확하게 보일 때 이를 감지할 수 있습니다.
부품에 납이 충분히 도포되지 않으면 납 필렛의 크기가 작아지거나 패드에 납이 제대로 접착되지 않아 패드 적셔짐이 불량해집니다. 납 볼, 플럭스 잔류물 패턴 및 냉납(종종 무광택 및/또는 거칠기로 식별 가능) 또한 AOI 시스템의 감지 범위에 포함됩니다.
AOI는 부품 배치 및 납땜 외에도 PCB 수준의 문제, 즉 손상된 패드, 누락된 실크스크린 표시, 부품 가장자리 근처의 들뜬 패턴, 그리고 문자 인식이 활성화된 경우 잘못된 부품 라벨링 등을 감지합니다.
광학 현미경 검사(AOI)의 한계를 솔직하게 인정하는 것이 중요합니다. AOI는 표면만 볼 수 있습니다. 솔더 접합부 내부, BGA 패키지 아래, 또는 비아 내부는 볼 수 없습니다. 흔히 신뢰성 문제로 지적되는 BGA 솔더 볼 내부의 공극은 광학 검사로는 감지할 수 없습니다. 공간이 좁은 패키지 아래의 단락, QFN 아래의 개방 접합부, 그리고 부품 본체에 가려진 결함은 X선 검사가 필요합니다. 잘못된 부품 값, 잘못된 IC 프로그래밍, 불량한 파라미터 성능과 같은 기능적 결함은 AOI의 검사 범위에서 완전히 제외됩니다.
카메라 해상도는 장비가 안정적으로 감지할 수 있는 가장 작은 결함의 크기를 결정합니다. 해상도는 일반적으로 픽셀당 마이크론(μm) 단위로 표시되며, 숫자가 작을수록 더 미세한 디테일을 확인할 수 있습니다. 0201 부품이나 0.4mm 또는 0.5mm 리드 피치를 가진 미세 피치 IC를 검사하려면 일반적으로 10~15 마이크론 범위의 해상도가 필요합니다.
모든 자동 광학 검사 장비는 처리할 수 있는 최대 보드 크기가 정해져 있습니다. 일반적인 제한은 최소 50×50mm에서 최대 510×460mm 이상의 패널까지입니다. 휜 정도 허용치는 종종 간과되는 사양입니다. 일반적으로 최대 1~2mm가 허용치이며, 심하게 휜 보드는 고정 장치를 사용하거나 그렇지 않으면 신뢰할 수 있는 검사가 불가능합니다.
검사 속도는 일반적으로 기준 보드 크기에 대해 cm²/초 또는 시간당 보드 수로 표시됩니다. 장비의 처리량은 사양표에만 맞추지 말고 생산 라인 속도에 맞춰야 합니다. 리플로우 오븐보다 처리 시간이 두 배나 오래 걸리는 AOI 장비는 병목 현상을 초래합니다.
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매개 변수 |
전형적인 범위 |
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카메라 해상도 |
8–20 µm/픽셀 |
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최대 PCB 크기 |
510 × 460 mm |
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최소 PCB 두께 |
0.5 mm |
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최대 PCB 휨 현상 |
≤ 1.5 mm |
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검사 속도 |
60–150 cm²/초 |
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반복 정밀도 |
±15 µm 또는 그 이상 |
SPI(솔더 페이스트 검사)는 부품을 배치하기 전에 페이스트의 양, 면적, 높이 및 오프셋을 검사합니다. SPI는 페이스트 인쇄 오류를 부품 비용 발생 이전에 조기에 감지합니다. AOI(자동 납땜 검사)는 리플로우 후 페이스트 인쇄 이후 발생한 모든 결과를 검사합니다. 두 시스템은 상호 보완적이며, 서로 대체할 수 없습니다.
X선 검사는 광학 현미경(AOI)으로는 볼 수 없는 부분을 확인하는 데 사용됩니다. BGA, QFN, CSP 등 솔더 접합부가 기판 아래에 숨겨져 있는 모든 패키지는 접합 품질을 검증하기 위해 X선 검사가 필요합니다. AOI는 보드당 검사 속도가 빠르고 비용이 저렴하지만, X선 검사는 속도가 느리고 비용이 더 많이 들지만 광학 시스템으로는 물리적으로 볼 수 없는 부분까지 확인할 수 있습니다.
회로 내 테스트(ICT)는 핀셋을 사용하여 개별 노드를 검사하고 부품 값, 단락 및 개방 회로를 확인합니다. 기능 회로 테스트(FCT)는 보드에 전원을 공급하여 실제 장치처럼 테스트합니다. 잘 설계된 품질 관리 프로그램에서는 AOI, ICT 및 FCT가 서로 보완적인 역할을 하며, 각 테스트가 다른 테스트에서 놓치는 부분을 보완합니다.
인라인 AOI는 SMT 컨베이어에 직접 연결되어 보드가 자동으로 통과하므로 수동 조작이 필요 없습니다. 오프라인 AOI는 작업자가 보드를 수동으로 로드해야 합니다. "AOI를 보유하고 있습니다"와 "인라인 AOI를 보유하고 있습니다"는 완전히 다른 답변입니다. 구체적으로 문의하십시오.
제대로 구성되지 않은 AOI 프로그램은 프로그램이 없는 것보다 더 나쁠 수 있습니다. 오경보 발생률이 엄청나게 높아지고, 작업자는 검토 없이 호출을 수락하게 되며, 실제 결함이 누락될 수 있습니다. 프로그램이 어떻게 만들어지고, 허용 오차가 어떻게 설정되며, 얼마나 자주 감사 및 업데이트되는지 문의하십시오.
기계에서 오류가 발생할 때마다 결함 유형, PCB 상의 위치, 오류 발생 시간 및 날짜, 기계 ID, 그리고 상태(또는 처리 결과)를 기록해야 합니다. 이 모든 데이터를 종합하면 결함이 발생하는 위치(어떤 공정에서 문제가 발생하는지)와 전반적인 수율 손실이 발생하는 지점을 파악할 수 있습니다. 제조업체가 결함 추세 보고서를 제공할 수 있다면, 그들은 AOI 정보를 올바르게 활용하고 있는 것입니다.
AOI는 결함 탐지 도구이지, 결함을 수정하는 도구가 아닙니다. 결함이 확인된 보드는 재작업이 필요합니다. 재작업 승인, 문서화 및 재검사 절차에 대해 문의하십시오. 재작업을 거친 보드는 작업 이력이 작업 지시서에 첨부되어야 합니다. 최종 검사는 재작업 후에 실시해야 하며, 그 전에 실시해서는 안 됩니다.
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PCBasic에서는 AOI 검사를 SMT 및 DIP 조립 모두에 적용합니다. SMT 공정에서는 리플로우 솔더링 후 8대의 VCTA-A480 SMT AOI 검사 시스템을 사용하여 부품 누락, 부품 오프셋, 극성 오류, 툼스토닝, 솔더 브리지, 불량 솔더 접합부 등의 육안으로 확인 가능한 결함을 검사합니다. DIP 공정에서는 Leichen Technology의 DIP AOI 검사 시스템을 사용하여 플러그인 부품 삽입 및 솔더링 후 검사합니다.
소규모 및 중규모 PCBA 프로젝트의 경우 이러한 구분이 중요합니다. SMT AOI는 고밀도 표면 실장 부품에 중점을 두는 반면, DIP AOI는 스루홀 부품, 커넥터 및 기타 플러그인 부품의 품질 관리에 도움을 줍니다. 이 둘을 통해 AOI는 표준 SMT 보드뿐만 아니라 다양한 기술이 혼합된 PCB 어셈블리에 더욱 적합해집니다.
리플로우 후 AOI(Adaptive Optical Inspection)는 납땜 후 빠른 피드백을 제공합니다. 여러 기판에서 동일한 부품에 동일한 솔더 브리지가 나타나는 경우, 솔더 페이스트 사용량, 스텐실 조리개 설계, 위치 정확도 또는 리플로우 설정과 관련된 문제일 수 있습니다. 이러한 반복적인 패턴을 조기에 발견하면 엔지니어는 해당 결함이 배치 내 다른 기판에 영향을 미치기 전에 공정을 조정할 수 있습니다.
다품종 소량 생산 PCBA는 AOI 프로그램 관리가 진정한 전문성을 요구하는 분야입니다. 한 교대 근무 시간 동안 10가지의 서로 다른 보드 설계를 전환해야 하므로 10개의 서로 다른 검사 프로그램이 정확하고 준비된 상태여야 합니다. 참조 데이터 라이브러리, 부품 제품군별 표준화된 공차 템플릿, 그리고 버전 관리되는 프로그램 파일은 이러한 작업을 효율적으로 관리할 수 있도록 해줍니다.
중급 복잡성 PCBA에 대한 실용적인 품질 관리 시스템은 일반적으로 솔더 페이스트 검사(인쇄 품질), 리플로우 후 광학 현미경 검사(배치 및 솔더링), X선 샘플링(BGA 및 은닉 접합부 검증), 기능 테스트(전기적 검증) 등의 단계를 거칩니다. AOI는 처리량이 가장 높은 단계로, 모든 보드를 신속하게 검사할 수 있습니다. 다른 방법들은 AOI에서 놓치는 부분을 보완하며, 각각의 비용과 시간 측면에서 차이가 있습니다.
현대 PCBA 제조업체들은 품질을 최우선으로 하는 생산 환경에서 자동 광학 검사(AOI) 장비를 필수 장비로 요구합니다. 하지만 모든 결함을 감지할 수 있는 단일 검사 시스템은 없습니다. 따라서 리플로우 공정에 통합된 적절하게 프로그래밍된 AOI 시스템은 표면 결함, 배치 정확도, 솔더 접합부 외관 등을 효율적으로 검사할 수 있는 최고의 방법 중 하나입니다.
잠재적인 PCBA 공급업체를 평가할 때 "AOI 장비를 보유하고 있습니까?"라고 묻는 것은 적절한 질문이 아닙니다. 오히려 AOI 장비가 전체적인 품질 관리 프로세스에 어떻게 통합되는지, 변화하는 생산 요구 사항에 맞춰 프로그램이 어떻게 업데이트되는지, 그리고 AOI에서 얻은 결함 데이터를 전체 프로세스 개선에 어떻게 활용하는지 물어야 합니다. 이러한 질문에 대한 답변을 통해 얻는 정보는 단순히 AOI 장비 사양만 보는 것보다 제조업체의 품질 문화를 훨씬 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다.
시설에 3D AOI 장비를 도입하거나 위탁 제조업체를 평가하려는 경우, AOI의 기능과 한계를 더 잘 이해하면 현명한 결정을 내리는 데 필요한 정보를 얻을 수 있습니다.
질문: PCB 조립에서 AOI란 무엇입니까?
AOI(자동 광학 검사)는 카메라와 조명을 사용하여 PCB를 스캔하고 기준 표준과 비교하여 누락된 부품, 솔더 브리지, 정렬 불량 및 극성 오류와 같은 결함을 감지하는 기계 기반 시스템입니다.
질문: 2D AOI와 3D AOI의 차이점은 무엇인가요?
2D AOI는 위에서 내려다보는 이미지를 사용하여 눈에 보이는 표면 결함을 감지합니다. 3D AOI는 구조광을 이용한 높이 측정 기능을 추가하여 2D 이미지에서는 명확하게 보이지 않는 납땜 부족이나 들뜬 리드와 같은 문제를 감지할 수 있습니다.
질문: AOI가 감지하지 못하는 결함은 무엇입니까?
AOI는 납땜 접합부 내부나 부품 아래를 검사할 수 없습니다. BGA 공극, 숨겨진 단락 또는 전기적 결함과 같은 결함은 X선 검사 또는 기능 테스트가 필요합니다.
질문: 자동 광학 검사 장비는 얼마입니까?
시스템 유형에 따라 가격이 다릅니다. 기본적인 2D 오프라인 시스템은 약 3만 달러에서 30,000만 달러부터 시작하고, 인라인 2D 시스템은 60,000만 달러에서 80,000만 달러 사이이며, 고급 150,000D 시스템은 기능에 따라 200,000만 달러에서 400,000만 달러를 초과할 수 있습니다.
질문: AOI는 SPI와 같은 것인가요?
아니요. SPI는 부품 배치 전에 솔더 페이스트를 검사하는 반면, AOI는 부품 배치 또는 리플로우 후에 부품을 검사합니다. 두 공정은 서로 다르지만 상호 보완적입니다.
질문: AOI가 장착된 PCBA 제조업체에 무엇을 문의해야 할까요?
AOI가 인라인 방식인지 오프라인 방식인지, 검사 프로그램은 어떻게 만들어지는지, 결함 데이터는 어떻게 활용되는지, 재작업된 보드는 어떻게 검증되는지 등을 문의하십시오. 이러한 세부 사항은 단순히 장비를 보유하는 것보다 훨씬 중요합니다.
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또한, 우리는 준비했습니다 지원 센터. 문의하시기 전에 먼저 확인해보시는 것이 좋습니다. 질문과 답변이 이미 명확하게 설명되어 있을 수 있습니다.
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