Содержание
1.Что представляет собой автоматизированная оптическая инспекционная машина в сборке печатных плат?
2.Ручной визуальный осмотр против автоматизированного оптического осмотра
3.Место оптического оптического контроля в производственной линии поверхностного монтажа.
4.Как работает автоматизированная машина оптического контроля
5.Типичные дефекты сборки печатных плат, выявляемые с помощью AOI.
6.Ключевые параметры аппарата AOI, которые должны понимать покупатели.
7.AOI против SPI, рентгеновского излучения, ICT и FCT
8.Что следует спросить у покупателей перед выбором производителя печатных плат с использованием автоматического оптического контроля (AOI)
9.Подход PCBasic к AOI при производстве печатных плат малыми и средними партиями.
10. FAQ
Каждый компонент на печатной плате (PCB) должен быть размещен с высокой точностью. Использование неправильного резистора, игнорирование непропаянного паяного соединения или допущение смещения компонентов за пределы допустимых отклонений могут привести к увеличению числа отказов в эксплуатации, более дорогостоящей доработке или даже отзыву продукции. По мере усложнения печатных плат и увеличения плотности расположения компонентов становится невозможным надежное обнаружение дефектов только с помощью ручной проверки.
Решением этой проблемы является автоматизированный оптический контроль (АОК).
Системы автоматического оптического контроля (АОК) незаметно стали одним из важнейших компонентов современных сборочных линий для поверхностного монтажа (SMT), и хотя они, возможно, не являются самым заметным элементом всего производственного процесса, они обеспечивают быстрые, стабильные и высоковоспроизводимые результаты контроля, которые значительно превосходят результаты, полученные при ручной проверке больших объемов продукции.
В этом руководстве объясняется, как системы автоматического оптического контроля (АОИ) обнаруживают дефекты; какие типы дефектов они могут и не могут обнаружить; рабочие параметры, которые могут привести к тому, что определенные типы дефектов останутся необнаруженными; и какие вопросы следует рассмотреть покупателям перед оценкой систем контроля качества, предлагаемых поставщиком печатных плат.
Что представляет собой автоматизированная оптическая инспекционная машина в сборке печатных плат?
Значение AOI в производстве SMT и PCBA
Автоматизированный оптический контроль (АОИ) Это автоматизированный метод, используемый для проверки собранной печатной платы (PCB) с помощью камер высокого разрешения и структурированного освещения. Система сравнивает полученные изображения печатной платы с эталонным стандартом и отмечает любые расхождения.
Системы автоматического оптического контроля (АОИ) обычно размещаются на ключевых этапах производственной линии. Как правило, их устанавливают либо сразу после установки компонентов, либо после пайки оплавлением, причем каждое из этих мест служит разным целям для обнаружения дефектов на самой ранней стадии.
Технология AOI обозначается по-разному, включая автоматизированный визуальный контроль (AVI) или оптические системы контроля. Независимо от используемой терминологии, все эти термины описывают одну и ту же автоматизированную технологию контроля, применяемую в современном производстве печатных плат.
Ручной визуальный осмотр против автоматизированного оптического осмотра
Методика ручной визуальной проверки (РВЗ) используется в электронной промышленности с момента создания первых печатных плат. Опытный инспектор с помощью лупы или увеличительного стекла осматривает плату на наличие дефектов или потенциальных дефектов. Этот метод достаточно эффективен для простых плат с крупными компонентами, расположенными в отверстиях; однако современные платы, изготовленные по технологии поверхностного монтажа (SMT), представляют собой сложную задачу.
Такие компоненты, как пассивные элементы 0201, микросхемы с малым шагом выводов (BGA) и четырехконтактные плоские бесконтактные разъемы (QFN), требуют определенного уровня увеличения, освещения и фокусного расстояния, которые трудно поддерживать в течение восьмичасовой смены. Кроме того, инспектор испытывает усталость, и в результате процент брака значительно возрастает после первых двух часов проверки, а затем и в течение пятого часа. Это не отражает индивидуальные возможности, а скорее указывает на особенности работы зрительного внимания при выполнении повторяющихся задач.
Напротив, автоматизированная оптическая инспекция (АОИ) не страдает от этих эффектов. Машина использует один и тот же алгоритм для оценки как платы номер 1, так и платы номер 5,000. Освещение одинаковое, положение камеры не меняется, а критерии оценки не изменяются на протяжении всего производственного цикла.
Место оптического оптического контроля в производственной линии поверхностного монтажа.
В большинстве линий поверхностного монтажа автоматическая оптическая инспекция проводится в двух ключевых точках: после установки компонентов и после пайки оплавлением.
Постпозиционная AOI-диагностика используется перед тем, как плата попадет в печь для оплавления припоя. На этом этапе AOI-аппарат проверяет, отсутствуют ли компоненты, смещены ли они, повернуты или неправильно ориентированы. Это помогает выявить проблемы с размещением компонентов до образования паяных соединений.
Наиболее распространенным методом автоматического оптического контроля (АОИ) является контроль после оплавления. После выхода плат из печи оплавления и образования паяных соединений, установка АОИ сканирует их на наличие видимых дефектов пайки, ошибок размещения компонентов, отсутствующих элементов, эффекта «надгробного камня», паяных перемычек и проблем с полярностью. Это основной контроль качества во многих средах поверхностного монтажа.
На некоторых линиях высокой сложности после селективной пайки или волновой пайки компонентов, устанавливаемых в отверстия, добавляется второй проход автоматического оптического контроля. Конкретное размещение зависит от сложности платы, истории дефектов и объема производства.
Как работает автоматизированная машина оптического контроля
Захват изображения, освещение и выравнивание платы
Выравнивание печатной платы происходит после ее загрузки в автоматизированную оптическую инспекционную машину (АОП). Положение печатной платы определяется набором небольших референтных или фидуциальных меток, которые АОП использует в качестве ориентира. Смещение при выравнивании сделает все сравнения недействительными.
После завершения процесса выравнивания, установка автоматического оптического контроля (АОК) использует камеру или несколько камер (в зависимости от размера печатной платы), установленных над платой, для получения изображений печатной платы в определенных областях, или полях зрения (ПЗ). Качество изображения может в значительной степени зависеть от используемого освещения. Большинство современных установок АОК оснащены многоцветной светодиодной подсветкой с различными углами наклона для создания теней, которые визуально показывают форму и качество паяного соединения, а также высоту и качество компонентов. В 3D-системах АОК качество изображений дополнительно повышается с помощью структурированных световых шаблонов, которые, помимо визуальной информации, обеспечивают точные вертикальные измерения высоты компонентов.
2D AOI и 3D AOI
Двумерная автоматическая оптическая инспекция (АОИ) использует двухмерное изображение для осмотра печатных плат сверху, захватывая изображение в плоской плоскости. Цель 2D АОИ — проверить наличие компонентов, их правильное расположение и полярность, а также оценить внешний вид паяного соединения. Кроме того, 2D-версия АОИ очень быстрая и экономичная. Большинство типов стандартных печатных плат будут иметь большинство дефектов, которые можно обнаружить с помощью систем 2D АОИ.
Автоматизированная 3D оптическая инспекция (AOI) добавляет третье измерение к контролю печатных плат, не только получая изображения паяных соединений в плоской плоскости, но и создавая карту высот изображения паяного соединения и компонента. Добавление информации о высоте к контролю приводит к более эффективному обнаружению дефектов, поскольку некоторые дефекты очень хорошо видны на данных о высоте, хотя они не были обнаружены на 2D или плоском изображении. К дефектам, для обнаружения которых требуется 3D-характеризация, относятся: искривление выводов, недостаточное количество припоя в соединении и небольшая деформация.
Вкратце, автоматизированная оптическая инспекция в 3D (AOI) предоставляет совершенно иные возможности по сравнению с автоматизированной оптической инспекцией в 2D. Также существует значительная разница в цене: системы 3D AOI стоят значительно дороже, зачастую в два-три раза дороже, чем эквивалентные системы 2D AOI при сопоставимых объемах производства.
Настройка программы AOI и сравнение с эталонной платой.
Для проверки новой конструкции печатной платы любому станку автоматического оптического контроля (АОИ) необходима программа. Существует два основных подхода. Первый — это программирование на основе САПР, при котором файлы Gerber, данные спецификации материалов (BOM) и файлы центроидов импортируются напрямую. Второй — это обучение на эталонной плате, при котором сканируется проверенная, бездефектная плата, и станок обучается на основе этого набора изображений.
Оба метода имеют свои недостатки. Программирование на основе САПР быстрее настраивается для новых проектов. Методы «золотой платы» могут быть более точными для плат с необычной отделкой или специальными компонентами, но они полностью зависят от того, действительно ли «золотая плата» не имеет дефектов, что не всегда гарантировано.
Типичные дефекты сборки печатных плат, выявляемые с помощью AOI.
Дефекты размещения компонентов
Автоматизированная система оптического контроля особенно хорошо выявляет проблемы с установкой. К числу распространенных дефектов, которые она обнаруживает, относятся:
• Отсутствуют компоненты — площадка на месте, компонента нет.
• Искаженные или повернутые компоненты, превышающие запрограммированный угловой допуск.
• Неправильная полярность конденсаторов, диодов и интегральных схем.
• Эффект «надгробного камня» — когда один конец пассивного компонента приподнимается во время оплавления припоя.
• Компоненты со смещением, где смещение при размещении превышает пределы перекрытия контактных площадок.
Дефекты пайки
Автоматический оптический контроль (АОК) может быть очень полезен для обнаружения паяных перемычек — опасного дефекта, возникающего, когда избыток припоя соединяет две контактные площадки, которые НЕ должны быть соединены, если смотреть сверху. Как правило, АОК способен обнаружить паяные перемычки, если перемычка хорошо видна сверху.
Если на компонент нанесено недостаточное количество припоя, образовавшийся паяный шов будет небольшого размера или не будет иметь достаточного «смачивания» контактной площадки, необходимого для надлежащего сцепления припоя с ней. Шарики припоя, следы флюса и холодные соединения (которые часто можно определить по тусклости и/или шероховатости) также находятся в пределах возможностей обнаружения системы AOI.
Дефекты поверхности и маркировки
Помимо установки и пайки, AOI также выявляет проблемы на уровне печатной платы: поврежденные контактные площадки, отсутствие шелкографической маркировки, отслоение дорожек вблизи краев компонентов и неправильную маркировку компонентов при включенном распознавании символов.
Дефекты, которые AOI не может полностью обнаружить.
Стоит честно признать ограничения. AOI видит поверхность. Он не может заглянуть внутрь паяного соединения, под корпус BGA или в переходное отверстие. Пустоты в шариках припоя BGA, распространенная проблема надежности, невидимы для оптического контроля. Короткие замыкания под корпусами с малым зазором, разомкнутые соединения под QFN-корпусами и любые дефекты, скрытые самим корпусом компонента, требуют рентгеновского контроля. Функциональные дефекты, такие как неправильное значение компонента, некорректное программирование ИС и неудовлетворительные параметрические характеристики, полностью выходят за рамки возможностей AOI.
Ключевые параметры аппарата AOI, которые должны понимать покупатели.
Пиксели камеры, разрешение пикселей и поле зрения.
Разрешение камеры определяет, насколько мелкий дефект может надежно обнаружить устройство. Разрешение обычно выражается в микронах на пиксель; чем меньше число, тем мельче видимая детализация. Для проверки компонентов 0201 и микросхем с малым шагом выводов 0.4 мм или 0.5 мм обычно требуется разрешение в диапазоне 10–15 микрон.
Размеры, толщина, зазоры и деформация печатной платы.
Каждый автоматизированный оптический контрольный прибор имеет максимальный размер платы, с которой он может работать. Обычно это платы размером от 50×50 мм (минимум) до 510×460 мм и более (панели). Допуск на деформацию — часто упускаемый из виду параметр. Обычно он составляет максимум 1–2 мм; сильно деформированные платы требуют фиксации или просто не будут надежно контролироваться.
Скорость контроля и соответствие производственным параметрам
Скорость контроля обычно указывается в см²/секунду или в количестве плат в час для стандартного размера платы. Сопоставьте производительность машины со скоростью вашей линии, а не просто с техническими характеристиками. Машина автоматического оптического контроля, работающая в два раза дольше, чем ваша печь для оплавления припоя, создаёт узкое место.
Типичные примеры параметров AOI
|
Параметр
|
Типичный диапазон
|
|
Разрешение камеры
|
8–20 мкм/пиксель
|
|
Максимальный размер печатной платы
|
мм × 510 460
|
|
Минимальная толщина печатной платы
|
0.5 мм
|
|
Максимальная деформация печатной платы
|
≤ 1.5 мм
|
|
Скорость проверки
|
60–150 см²/сек
|
|
Повторите Точность
|
±15 мкм или лучше
|
AOI против SPI, рентгеновского излучения, ICT и FCT
AOI против SPI
Система SPI (Solder Paste Inspection) проверяет объем, площадь, высоту и смещение пасты до установки каких-либо компонентов. SPI выявляет ошибки печати пасты на ранней стадии, до того, как это повлияет на стоимость компонентов. Система AOI (AOI post-reflow) фиксирует результаты всего процесса, произошедшего после печати пасты. Эти две системы дополняют друг друга, а не взаимозаменяемы.
AOI против рентгеновского контроля
Рентгеновский контроль — это инструмент, позволяющий увидеть то, что не видно при использовании оптического оптического контроля (АОК). BGA, QFN, CSP — любые корпуса, под которыми скрыты паяные соединения, требуют рентгеновского контроля для проверки качества соединений. АОК быстрее и дешевле в расчете на плату; рентген медленнее и дороже, но позволяет увидеть то, что оптические системы физически не видят.
AOI против ICT и FCT
Внутрисхемное тестирование (ICT) использует приспособление типа «ложе из гвоздей» для проверки отдельных узлов и подтверждения номиналов компонентов, коротких замыканий и обрывов. Функциональное тестирование цепей (FCT) включает питание платы и тестирует её как реальное устройство. В хорошо разработанной программе контроля качества AOI, ICT и FCT дополняют друг друга, каждый из них выявляет то, что упускают другие.
Что следует спросить у покупателей перед выбором производителя печатных плат с использованием автоматического оптического контроля (AOI)
AOI работает в режиме онлайн или офлайн?
Система автоматического оптического контроля (АОК) подключается непосредственно к конвейеру поверхностного монтажа (SMT); платы проходят через нее автоматически без ручной обработки. Система автономного АОК требует от операторов ручной загрузки плат. Ответы «У нас есть АОК» и «У нас есть система автоматического оптического контроля» существенно различаются. Задавайте конкретные вопросы.
Как создаются и проверяются программы автоматического оптического контроля (AOI)?
Неправильно настроенная программа автоматического оптического контроля (АОИ) практически хуже, чем её отсутствие: она генерирует огромное количество ложных срабатываний, операторы начинают принимать вызовы, не проверяя их, и реальные дефекты остаются незамеченными. Поинтересуйтесь, как создаются программы, как устанавливаются допуски и как часто программы проверяются и обновляются.
Как регистрируются и отслеживаются дефекты, выявляемые методом автоматического оптического контроля (АОИ)?
Для каждой ошибки, выявленной оборудованием, необходимо создать запись, содержащую тип дефекта, местоположение на печатной плате, время и дату возникновения ошибки, идентификатор оборудования и статус (или решение). Все эти данные позволят составить картину того, где возникают дефекты (какие процессы отклоняются от нормы) и где наблюдается общее снижение выхода годной продукции. Если производитель может предоставить вам отчеты о тенденциях дефектов, значит, он правильно использует информацию, полученную в результате анализа технологической обстановки.
Как система автоматического оптического контроля (AOI) используется при доработке и окончательной проверке?
AOI — это инструмент обнаружения, а не исправления. Платы с подтвержденными дефектами нуждаются в доработке. Уточните, как авторизуется, документируется и повторно проверяется доработка. История доработки платы должна быть зафиксирована в ее журнале учета. Окончательная проверка должна проводиться после любой доработки, а не до нее.
О PCBasic
Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCBasic - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.
Подход PCBasic к AOI при производстве печатных плат малыми и средними партиями.
В PCBasic автоматизированный оптический контроль (АОК) применяется как к поверхностному монтажу (SMT), так и к сборке в корпусах DIP. В процессе SMT после пайки оплавлением используются 8 систем АОК VCTA-A480 для проверки видимых дефектов, таких как отсутствующие компоненты, смещение компонентов, ошибки полярности, «надгробные камни», перемычки из припоя и плохое качество паяного соединения. В процессе DIP компания PCBasic использует систему АОК DIP от Leichen Technology для проверки компонентов, устанавливаемых в корпуса, после их установки и пайки.
Для мелкосерийного и среднесерийного производства печатных плат такое разделение имеет важное значение. Автоматический оптический контроль (АОК) для поверхностного монтажа (SMT) фокусируется на плотно расположенных компонентах поверхностного монтажа, в то время как АОК для DIP-корпусов помогает контролировать качество компонентов сквозного монтажа, разъемов и других встраиваемых деталей. Вместе они делают АОК более подходящим для печатных плат, изготовленных с использованием смешанных технологий, а не только для стандартных плат поверхностного монтажа (SMT).
AOI в процессе контроля качества SMT
Автоматический оптический контроль после оплавления обеспечивает быструю обратную связь после пайки. Если на нескольких платах наблюдается один и тот же паяный мостик на одном и том же компоненте, проблема может быть связана с объемом паяльной пасты, конструкцией апертуры трафарета, точностью размещения или настройками оплавления. Выявление этого повторяющегося паттерна на ранней стадии помогает инженерам скорректировать процесс до того, как дефект затронет больше плат в партии.
Гибкое применение AOI для мелкосерийного производства различных видов продукции.
В условиях мелкосерийного производства печатных плат с широким ассортиментом продукции управление программами автоматического оптического контроля становится настоящей дисциплиной. Переключение между десятью различными вариантами печатных плат за одну смену означает, что десять различных программ контроля должны быть точными и готовыми к использованию. Библиотеки справочных данных, стандартизированные шаблоны допусков по семействам компонентов и файлы программ с контролем версий делают это управляемым процессом.
Сочетание автоматического оптического контроля с другими методами проверки и тестирования.
Практическая система контроля качества для печатных плат средней сложности обычно включает в себя следующие этапы: проверка паяльной пасты (для оценки качества печати), оптический контроль после оплавления (для проверки правильности установки компонентов и качества пайки), рентгеновский контроль (для проверки BGA-компонентов и скрытых соединений) и функциональное тестирование (для проверки электрических характеристик). AOI — это самый производительный этап; он быстро обрабатывает каждую плату. Другие методы выявляют то, что пропускает AOI, но при этом имеют свои преимущества с точки зрения стоимости и времени.
Заключение
Современные производители печатных плат предъявляют к автоматизированным системам оптического контроля (AOI) минимальные требования к качеству в любой производственной среде. Однако ни одна система контроля не может обнаружить все дефекты. Именно поэтому правильно запрограммированная система AOI, интегрированная в процесс оплавления припоя, обеспечивает один из наиболее эффективных способов проверки качества видимых на поверхности дефектов, точности установки компонентов и внешнего вида паяных соединений.
При оценке потенциальных поставщиков печатных плат вопрос «Есть ли у вас станок автоматического оптического контроля (АОИ)?» не совсем уместен. Лучше спросить, как станок АОИ вписывается в общий процесс контроля качества, как обновляются программы в соответствии с меняющимися производственными требованиями и как данные о дефектах, полученные с помощью АОИ, используются для улучшения всего процесса. Информация, полученная в ответ на эти вопросы, в конечном итоге даст вам лучшее понимание культуры качества производителя, чем то, что можно получить, просто взглянув на технические характеристики станка АОИ.
Если вы ищете 3D-аппарат для автоматического оптического контроля (AOI) для своего предприятия или оцениваете предложения контрактных производителей, более глубокое понимание возможностей и ограничений AOI предоставит вам необходимую информацию для принятия обоснованного решения.
FAQ
В: Что такое AOI в сборке печатных плат?
AOI (автоматизированная оптическая инспекция) — это автоматизированная система, использующая камеры и освещение для сканирования печатных плат на наличие дефектов, таких как отсутствующие компоненты, перемычки из припоя, смещение и ошибки полярности, путем сравнения их с эталонным стандартом.
В: В чем разница между 2D и 3D AOI?
Двумерная AOI использует изображения, полученные сверху, для обнаружения видимых дефектов поверхности. Трехмерная AOI добавляет измерение высоты с помощью структурированного света, что позволяет обнаруживать такие проблемы, как недостаточное количество припоя или отслоившиеся выводы, которые не видны на двумерных изображениях.
В: Какие дефекты не может обнаружить метод AOI?
Автоматический оптический контроль (АОК) не позволяет проверять внутреннюю поверхность паяных соединений или пространство под компонентами. Для выявления таких дефектов, как пустоты в BGA-компонентах, скрытые короткие замыкания или электрические неисправности, требуется рентгеновское или функциональное тестирование.
В: Сколько стоит автоматизированная система оптического контроля?
Цены варьируются в зависимости от типа системы. Базовые офлайн-системы для 2D-моделирования стоят от 30 000 до 60 000 долларов, линейно-ориентированные 2D-системы — от 80 000 до 150 000 долларов, а продвинутые 3D-системы могут стоить более 200 000–400 000 долларов в зависимости от набора функций.
В: AOI — это то же самое, что и SPI?
Нет. SPI проверяет паяльную пасту перед установкой, а AOI проверяет компоненты после установки или оплавления. Это разные, но взаимодополняющие процессы.
В: Что мне следует спросить у производителя печатных плат, оснащенного системой автоматического оптического контроля (AOI)?
Спросите, используется ли система автоматического оптического контроля (АОИ) в режиме онлайн или офлайн, как создаются программы контроля, как используются данные о дефектах и как проверяется качество отремонтированных плат. Эти детали важнее, чем просто наличие оборудования.
