Geautomatiseerde Optische Inspectie (AOI): Wat het is, hoe het werkt en waarom het belangrijk is

Spring naar: Hoe definiëren we Geautomatiseerde Optische Inspectie? | De rol van AOI | Wat een AOI beoordeelt | Hoe AOI zich verhoudt tot andere inspectiemethoden | Contact Millennium Circuits voor grondig geïnspecteerde PCBs

Wanneer u printplaten (PCBs) in uw projecten gebruikt, moet u zeker weten dat ze goed zullen presteren en uw klanten tevreden zullen stellen. Het is essentieel om een betrouwbare manier te hebben om PCBs te testen op fouten en te garanderen dat ze functioneren zoals bedoeld.

Printplaten worden kleiner en complexer – hedendaagse PCBs kunnen duizenden gesoldeerde verbindingen en een menigte kleine componenten bevatten. Die verhoogde complexiteit kan leiden tot een grotere kans op fouten. Wanneer een standaard visuele inspectie niet voldoende is om minuut imperfecties in een dichtbevolkte printplaat te detecteren, helpen technieken zoals geautomatiseerde optische inspectie (AOI) om meer inzicht en nauwkeurigheid te bieden.

Hoe definiëren we Geautomatiseerde Optische Inspectie?

Hoe definiëren we AOI? Geautomatiseerde optische inspectie is een visuele inspectie van voltooide printplaten met een machinescanner die lichtbeelden gebruikt. Het evalueert de kwaliteit van de vakmanschap om te garanderen dat de PCBs geschikt zijn voor aankoop en gebruik.

Een AOI-systeem bevat typisch veel lichtbronnen en meerdere camera's, soms inclusief videocamera's. De lichtbronnen verlichten een PCB vanuit verschillende hoeken, en de camera's maken foto's of video's om een uitgebreide afbeelding voor beoordeling te creëren.

AOI-metingen gebruiken doorgaans een machinescanner om het apparaat autonoom te scannen, zonder de noodzaak voor menselijke visuele inspectie. De scanner kan controleren op defecten die catastrofale falen kunnen veroorzaken – zoals de afwezigheid van een kritisch component – en ze kunnen ook testen op kleinere fouten die de kwaliteit en prestaties van de PCB verminderen. Deze kleinere defecten kunnen problemen omvatten zoals licht verkeerd uitgelijnde componenten of solderen die de verkeerde grootte of vorm vormt.

AOI is nuttig op veel verschillende productiestadia. Het werkt goed voor bare board inspectie, soldeerpasta-inspectie, pre-reflow en post-reflow. Elk van deze stadia kan defecten in een PCB-bordontwerp introduceren, en AOI helpt ze te vangen voordat de productie verdergaat op een gefaald bord.

Praktisch gesproken vindt de meeste AOI plaats in post-productie. De reden is dat AOI een enkel systeem kan gebruiken om op veel soorten defecten tegelijk te inspecteren. Het duurt minder tijd om één uitgebreide inspectie te doen dan om na elke stap in het proces te inspecteren. Het gebruik van AOI als een finale controle helpt de productie sneller gaan en stelt hogere productiviteit en deadline-nakoming in. En als AOI fouten in de post-productiefase opdraait, kunnen de defecte borden teruggaan voor herwerk terwijl de rest van de borden vooruitgaat.

De rol van AOI

AOI speelt een cruciale rol in PCB-productie. Het zorgt ervoor dat elk bord in staat is tot de hoge prestaties die vereist zijn in complexe elektrische toepassingen.

Wanneer AOI een fout in een PCB ontdekt, markeert het het bord om terug te gaan voor reparaties. Dit proces kan op een paar verschillende manieren gebeuren. AOI's bevindingen kunnen specifieke faciliteitseisen niet halen – een eis dat alle lijnen op een bord een bepaalde grootte moeten zijn, bijvoorbeeld. In dit geval kunnen mensen de bevindingen inspecteren en bepalen welke borden terug moeten voor verder werk. Of AOI kan de echte PCB vergelijken met een computer-aided design (CAD) afbeelding van een perfecte PCB. AOI kan automatisch plekken detecteren waar het daadwerkelijke bord afwijkt van het ideale ontwerp en het markeren voor herwerk.

AOI biedt de volgende voordelen voor PCB-productie:

• Kwaliteit waarborgen: AOI stelt u in staat om zeker te weten dat uw PCB-producten functioneren zoals bedoeld. Het waarborgen van de kwaliteit van uw producten helpt klanttevredenheid te verhogen, uw reputatie in het bedrijf te verbeteren en rust te geven over de waarde van de dienst die u uw klanten geeft.
• Een complex bord evalueren: Bij Millenium Circuits, als een van onze borden meer dan 100 componenten bevat, ondergaat het automatisch AOI. AOI kan ingewikkelde bordontwerpen inspecteren met een nauwkeurigheid die het menselijk oog niet kan evenaren.
• Processen verbeteren: Als fouten voortkomen uit foute processen, kan het direct vangen van de fouten via AOI helpen patronen van defecten te identificeren en uw processen aan te passen voordat u duizenden borden met dezelfde fouten produceert. Een recent onderzoek gepubliceerd in het International Journal of Engineering and Advanced Technology rapporteert dat het vangen van een fout in een recent geassembleerd bord slechts 10 keer duurder is dan het vangen van een defect in een bare board, maar het vinden van een fout in een bord dat in het veld is gegaan, 1.000 keer duurder is. Fouten vroeg vangen minimaliseert de kans op toekomstige herwerk en maakt uw productie-operaties efficiënter.
• Aanpasbaarheid: AOI is een geautomatiseerd proces, maar de operator kan de parameters instellen om de scanner te vertellen wat te inspecteren. Als uw ontwerpspecificaties veranderen, is het eenvoudig uw instellingen aan te passen om de fouten te detecteren die u nodig hebt.

Wat een AOI beoordeelt

Hieronder zijn enkele van de factoren die tijdens een AOI beoordeeld worden:

Solderdefecten

Solderen gebruikt een laag-smeltpuntlegering, doorgaans tin en lood of een loodvrije legering, om de metalen componenten van een PCB te verbinden. Het proces lijkt op lassen, behalve dat het de metalen componenten niet smelt. Solderdefecten ontstaan wanneer de verbindingen tussen twee metalen componenten niet vormen zoals ze zouden moeten.

Hieronder zijn een paar veelvoorkomende solderdefecten die AOI kan controleren:

1. Open circuits

Open circuits in een PCB zijn relatief veelvoorkomende fouten, en ze zijn problematisch omdat een onvolledig circuit de elektrische stroom voorkomt te lopen. Wanneer een circuit open is, zal het bord niet correct functioneren.

Open circuits kunnen ontstaan door onjuist gevormde via's en traces of door solderen dat zijn doelen niet bereikt. Een visuele inspectie of röntgenimaging kan soms een duidelijke open circuit detecteren, maar AOI kan zelfs licht open circuits identificeren en vlaggen om het bord terug te sturen voor correct circuit sluiten.

2. Solderbruggen of soldeerkortsluitingen

Solderbruggen ontstaan wanneer soldeer twee componenten op een PCB verbindt die niet elektrisch verbonden zouden moeten zijn. Deze bruggen kunnen vormen wanneer bordproductie te veel soldeer gebruikt of wanneer soldeer in een gebied van het bord zakt dat bedoeld is om soldeervrij te blijven.

Solderbruggen ontstaan vaak wanneer het soldeer niet scheidt van zijn leads voordat het solidifieert. De leads zijn de metalen pads ontworpen om twee locaties op het bord te verbinden. Het soldeer scheidt misschien niet omdat de leads zo groot zijn, of omdat ze te veel pasta hebben die ze aan het bord plakt, of omdat de pitch van het bord extreem ondiep is.

Solderbruggen zijn problematisch omdat ze de beoogde stroomdoorloop door het bord verstoren. Ze kunnen kortsluitingen veroorzaken of kritische componenten of traces op het bord verbranden. Ze zijn ook notorisch moeilijk te detecteren met het blote oog – zelfs microscopische soldeerinfiltratie kan leiden tot de vorming van een solderbrug. Gelukkig kan AOI-scanning zelfs kleine solderbruggen detecteren en de gefaalde borden terugsturen voor reparaties.

3. Onvoldoende soldeer

Een onvoldoende soldeerverbinding treedt op wanneer het productieproces te weinig soldeer gebruikt om verschillende componenten met het bord te verbinden. Soms faalt het soldeer de componenten helemaal te verbinden – deze situaties worden soldeersprongen genoemd.

Wanneer de onvoldoende gesoldeerde componentverbindingen onstabiel zijn, vormen ze mogelijk geen stabiele elektrische verbindingen, zodat de prestaties van het bord slecht zullen zijn. En als de hoeveelheid soldeer zo miniem is dat het de componenten niet op het bord kan houden, zal het bord eindigen met ontbrekende onderdelen, wat waarschijnlijk resulteert in catastrofale falen. Een AOI kan scannen en de hoeveelheid soldeer op elk component noteren of het bord vergelijken met een correcte afbeelding om te bepalen of het bord opnieuw gesoldeerd moet worden.

4. Overmatig soldeer

Overmatig soldeer treedt op wanneer het tegenovergestelde gebeurt – het productieproces legt te veel soldeer op het bord. Het kan soms gebeuren omdat de solderpoints te breed zijn, of het kan voortkomen uit overmatige toepassing.

Overmatig soldeer kan veel moeilijkheden veroorzaken, inclusief malformaties zoals solderbruggen. Wanneer productie te veel soldeer op een pin van het bord aanbrengt, kan het ook een grote ronde soldeerbal creëren die het moeilijk maakt om te bepalen of de pin voldoende benat is om aan het bord te kleven.

Soldeerballen zijn relatief gemakkelijk te detecteren vanwege hun grootte, maar een menselijke inspector kan er een missen na het bekijken van tientallen bijna identieke borden. Een goede AOI-scanner kan gemakkelijk overmatig soldeer detecteren en het bord terugsturen voor herwerk met een soldeerzuiger of soldeerwick.

Componentdefecten

Componentdefecten zijn fouten in de kleine functionele onderdelen bevestigd aan een bord. Hieronder zijn een paar veelvoorkomende componentdefecten op PCBs:

1. Opgetild lead

Een opgetild lead treedt op wanneer een van de kleine metalen pads op een PCB niet correct hechcht. Soms treedt een opgetild lead op door overmatige hitte of hantering tijdens productie of door flexie in het bord. Andere keren is het resultaat wanneer leads te lang zijn en opstijgen wanneer ze in contact komen met soldeer.

Opgetilde leads zijn problematisch omdat ze onstabiel zijn. De pads op uw bord laten pennen toe om verbinding te maken met de koperplaat eronder, maar als de lead optilt, zullen de pennen de juiste verbindingen niet kunnen maken. Gemiste verbindingen kunnen componentfouten veroorzaken en de prestaties van het bord compromitteren.

2. Ontbrekende componenten

Een PCB kan een component missen om een paar verschillende redenen. Onvoldoende solderen kan leiden tot ontbrekende componenten, of het productieproces kan een noodzakelijk onderdeel overslaan.

Een ontbrekend component is een ernstige fout op een PCB – het is waarschijnlijk catastrofale falen te veroorzaken. Het menselijk oog kan ontbrekende onderdelen opmerken, maar omdat dit een zo consequentieel gebrek is, is het hebben van een betrouwbare AOI-scanner cruciaal om PCBs met ontbrekende componenten te vangen voordat ze bij consumenten komen.

3. Verkeerd uitgelijnde of verkeerd geplaatste component

Verkeerde uitlijning of plaatsing kan optreden wanneer het productieproces componenten onjuist plaatst of wanneer componenten na plaatsing verschuiven. Componentverschuiving is veelvoorkomend tijdens reflow omdat het gemakkelijk is voor onderdelen om op gesmolten soldeer te glijden – de oppervlaktespanning van het soldeer betekent dat componenten gemakkelijk kunnen glijden.

Met een verkeerd uitgelijnde of verkeerd geplaatste component kan de PCB nog steeds werken, maar het kan traag presteren. Of het kan helemaal niet presteren. Misalignments kunnen te subtiel zijn om met het blote oog te zien, dus het hebben van een betrouwbare AOI-scanner is essentieel om deze defecten te vangen.

Hoe AOI zich verhoudt tot andere inspectiemethoden

In vergelijking met andere processen biedt AOI verschillende voordelen voor het detecteren van fouten in PCBs. Hieronder is een overzicht van hoe AOI zich verhoudt tot andere inspectiemethoden:

1. Geautomatiseerde Röntgeninspectie (AXI)

AXI gebruikt röntgenstraling in plaats van lichtbeelden om de PCBs te inspecteren. Bedrijven gebruiken AXI vaak om bijzonder complexe of dichtgeconstrueerde borden te evalueren. De reden is dat röntgenstraling door de materialen heen reist om ze te beelden. Omdat het licht dat voor AOI gebruikt wordt, van oppervlakken reflecteert, is het mogelijk dat een component een ander blokkeert. Een röntgenstraal reist door verschillende lagen van materiaal, en bebeeld ze allemaal nauwkeurig.

AXI is een nieuwe, gesofisticeerde technologie, en het hoofdnadeel is de kosten. Omdat AXI zo duur is, is het vaak niet de moeite waard om te gebruiken, behalve bij bijzonder gecompliceerde of hooggeclusterde borden.

2. Automatische Lasertest (ALT) Meting

ALT-meting gebruikt lasers in plaats van traditionele lichtbeelden om PCBs te scannen en te meten. Naarmate het licht van de lasers van de PCB-componenten reflecteert, gebruikt het ALT-systeem de locaties van de lasers om de positionering en hoogte van verschillende componenten te bepalen en hun reflectiviteit te beoordelen. Net als bij AOI kan het ALT-systeem de empirische metingen vergelijken met een schematisch of specificatieset om eventuele fouten te detecteren.

ALT-meting is bijzonder nuttig bij het evalueren van de locatie en hoeveelheid soldeerpasta, hoewel interferentie de metingen soms onnauwkeurig kan maken.

3. In-Circuit Testing (ICT)

In-circuit testing gebruikt een elektrische proef om te evalueren hoe een geassembleerde PCB zal functioneren. Het gebruikt een elektrische stroom om te controleren of elk component op zijn plaats is en correct werkt. Het test op kortsluitingen en open circuits en beoordeelt essentiële elektrische kwaliteiten zoals capaciteit en weerstand.

Omdat het elektrische stroom gebruikt in plaats van imaging, geeft ICT doorgaans meer beperkte solderinformatie dan AOI. Het kan de kwaliteit van elektrische componenten evalueren en informatie geven over solderdefecten die circuitry beïnvloeden, maar het kan niet veel detail bieden over onvoldoende of overmatig soldeer.

AOI is doorgaans betrouwbaarder dan in-circuit testing, met name voor de kleinere PCBs die vandaag ontwikkeld worden.

4. Handmatige Visuele Inspectie (MVI)

De meeste PCB-bedrijven prefereren AOI boven handmatige visuele inspectie omdat AOI het niet vereist de borden aan te raken. Een menselijke inspector moet de borden hanteren, en hantering kan defecten introduceren in een anders perfect bord. AOI kan PCBs scannen zonder hun kwetsbare componenten te storen en hun structurele integriteit te behouden.

AOI is ook betrouwbaarder dan menselijke visuele inspectie. Een persoon kan gemakkelijk een kleine fout in de PCB missen. Maar AOI kan zelfs de kleinste fouten vangen. De rigoureuze scherpte vermindert nooit, het kan het bord in fijner detail scannen dan het menselijk oog toelaat, en het is consistent betrouwbaar over alle stadia van het productieproces.

Contact Millennium Circuits voor grondig geïnspecteerde PCBs

Om de voordelen te zien van PCBs die uitgebreide tests en inspecties hebben ondergaan, partner met Millennium Circuits. We leveren een verscheidenheid aan verschillende borden, van aluminium PCBs tot high current en zware koper PCBs tot specialiteitsborden, dus u zult zeker de PCBs krijgen die geschikt zijn voor uw industrie en toepassingen.

Neem vandaag contact met ons op om meer te weten te komen.