¿Qué es la inspección óptica automatizada?

¿Qué es la AOI？

AOI (Automated Optical Inspection) es un sistema de detección industrial de alta precisión basado en visión artificial, utilizado principalmente para el control de calidad de circuitos impresos (PCB). Su principio básico consiste en combinar imágenes ópticas de alta velocidad con algoritmos inteligentes para identificar automáticamente defectos de montaje de las placas de circuito impreso (por ejemplo, desalineación de componentes, piezas que faltan) y problemas de soldadura (por ejemplo, puentes, juntas frías).

Principio de funcionamiento del sistema AOI

1. Etapa de adquisición de imágenes

• Imágenes de alta precisión: Utiliza cámaras CMOS/CCD industriales con iluminación anular para capturar las características de la superficie de las placas de circuito impreso con una resolución micrométrica.
• Captura multidimensional: Admite la inspección en 2D (juntas de soldadura/pantalla serigráfica) y el análisis topográfico en 3D (altura de la pasta de soldadura/coplanaridad de los componentes).

2. Preprocesamiento de imágenes

• Supresión del ruido: Aplica el filtrado gaussiano y las operaciones morfológicas para eliminar las interferencias ópticas.
• Mejora de las funciones: Utiliza la nitidez de los bordes y la fusión HDR para mejorar el contraste de la zona objetivo
• Alineación de coordenadas: Realiza el registro de CAD a imagen utilizando marcas fiduciales como puntos de referencia.

3. Detección inteligente de defectos

• Verificación basada en normas: Comprueba la colocación de los componentes, la polaridad y la morfología de las juntas de soldadura según los criterios IPC-A-610.
• Algoritmos híbridos:
  Tradicional: Comparación de plantillas, análisis de Blob
  Inteligencia artificial: Redes CNN para detectar lápidas, soldaduras frías, etc.

4. Salida y retroalimentación

• Alerta por niveles: Activación de alarmas visuales y sonoras en función de la gravedad del defecto (crítico, grave o leve).
• Integración del sistema: Sincroniza los resultados NG con MES con las coordenadas de la estación de reparación.
• Optimización del proceso: Proporciona datos SPC para la puesta a punto de hornos de reflujo/máquinas "pick-and-place".

Ventajas de la tecnología AOI

1. Limitaciones de la inspección manual

Las primeras inspecciones de PCB se basaban en comprobaciones visuales manuales. Sin embargo, con el auge de interconexión de alta densidad (IDH) diseños y producción masiva demandas, los métodos manuales se enfrentan a tres retos críticos:

• Baja fiabilidad: Propensos a la fatiga y al juicio subjetivo, con tasas de escape de defectos superiores al 15%
• Ineficiencia: Velocidad de inspección <0,5 tablas/minutoincompatible con los ciclos de línea SMT modernos
• Aumento de los costes: La mano de obra representa 8%-12% de los costes totales de los PCB, con largos requisitos de formación

2. Principales capacidades de detección de la AOI

Identifica con precisión 7 grandes categorías de defectos:

Ventajas únicas sobre los métodos tradicionales:

• Elimina los ángulos muertos de las pruebas: Detecta el relleno de BGA, los componentes 0201 y otras zonas inaccesibles para las sondas ICT.
• Análisis de datos en bucle cerrado: La clasificación de defectos en tiempo real (por ejemplo, la identificación de defectos de impresión de esténciles 30%) permite optimizar el proceso.

3. Ventajas cuantificadas de rendimiento

4. Integración de la fabricación inteligente

• Información en tiempo real: Activa las alertas MES con las coordenadas de la estación de reparación (Respuesta en <2 segundos)
• Mantenimiento predictivo: El análisis de tendencias basado en el SPC prevé problemas como la obstrucción del esténcil
• Rentabilidad: Típico ROI <6 meses con 50-70% reducción de chatarra

El papel fundamental de la AOI en las líneas de producción SMT

I. Cuatro nodos de inspección clave de AOI en el proceso SMT

• Inspección posterior a la soldadura en pasta (integración SPI-AOI)

• Función principal: Mide el espesor de la pasta (±5μm), el área de cobertura y los defectos de puenteo.
• Valor preventivo: La detección precoz de la obstrucción/desalineación del esténcil evita los defectos de reflujo (mejora de la tasa de interceptación de defectos del 60%).

• Colocación de componentes después del chip (después del montador de chips)

• Enfoque: Componentes 0201/0402 ausentes, invertidos o desalineados (precisión de ±15μm).
• Ventaja económica: El coste de reprocesado en esta fase es sólo 1/20 de la corrección posterior al reflujo.

• Colocación de componentes post-IC (dispositivos de paso fino)

• Capacidad crítica: Identifica errores de polaridad QFP/BGA y coplanaridad de conductores (resolución angular de 0,5°).
• Control de procesos: Intercambio de datos en tiempo real con las máquinas pick-and-place para la compensación automática del offset.

• Inspección final post-reflujo (detección exhaustiva de defectos)

• Principales retos:
  Detección de la morfología de las juntas de soldadura en 3D (requiere una resolución del eje Z de 10μm).
  Inspección de zonas sombreadas (por ejemplo, terminaciones inferiores de QFN)
• Estado de la industria: Tasa de detección de 92% frente a 99,5% para AOI de preflujo.

II. Comparación técnico-económica: AOI Pre-Reflow vs. Post-Reflow

III. Recomendaciones de buenas prácticas

• Estrategia de selección de equipos

• Pre-reflujo: Dar prioridad a la AOI de alta velocidad con tecnología sobre la marcha (por ejemplo, Koh Young KY8030).
• Post-reflujo: Debe incorporar microscopía confocal 3D (por ejemplo, Omron VT-S730)

• Aplicación de datos de bucle cerrado

• Establecimiento de gráficos de control SPC (activación automática de la limpieza del esténcil cuando los defectos de la pasta >3%)
• Devuelva los datos de compensación de colocación a las máquinas pick-and-place a través de MES (precisión de compensación de ±7μm).

• Tendencias de la evolución futura

• AOI virtual mediante aprendizaje profundo (predicción del riesgo de defectos en la fase EDA).
• Inspección multimodal (fusión de datos de rayos X + AOI para el modelado holístico de juntas de soldadura)

Guía rápida de inspección AOI

1. Juicio erróneo del carácter

• Edición: Llamadas falsas debido a marcas de componentes borrosas/inconsistentes.
• Soluciones:
• uso imágenes multiespectrales (visible + IR)
• Ajustar la tolerancia de escala de grises (ΔE < 15)
• Reducir los chequeos de carácter crítico

2. Puntos ciegos de la inspección

• Puntos ciegos comunes:
• Sombras de componente alto → Luz anular de 45° + iluminación lateral
• Juntas de soldadura inferior BGA → Escaneado de capas con microscopía confocal
• Componentes <3 mm del borde de la placa → Diseñar una zona de exclusión de 5 mm

3. Debate sobre las normas relativas a las soldaduras

• Parámetros clave:
• Componentes de chip: Ángulo de humectación 25°-55°, Xc/Xi=1,2-1,8
• Componentes QFP: Filete de soldadura ≥50% espesor del plomo.
• Norma de diseño:

  Extensión de la almohadilla = Longitud del componente × 0,25
  Separación mínima = Altura media del componente + 0,5 mm.

4. Resultados de la aplicación

• Mejoras típicas:
  Tasa de llamadas falsas ↓70%
  Velocidad de inspección ↑25%
• Arreglo de emergencia:
  Si el exceso de llamadas falsas → Desactivar la comprobación de caracteres o activar "Modo Aprendizaje"

5. Tabla de resolución rápida de problemas

Aplicaciones de la tecnología AOI y cobertura industrial

1. Campos principales de aplicación

• Fabricación de componentes electrónicos SMT (Dominio principal)

• Objetivos de inspección:
  Calidad de la unión soldada (huecos/puentes/soldadura insuficiente)
  Colocación de componentes (desalineación/inversión/falta)
  Verificación de la polaridad (condensadores de tantalio/orientación de diodos)
• Normas del sector:
  IPC-A-610 Clase 3 (grado aeroespacial/médico)
  Precisión de detección: ±15μm (nivel de componente 0201)

• Producción de paneles de visualización (LCD/OLED)

• Inspecciones críticas:
  Defectos de píxeles (puntos brillantes/oscuros/defectos de líneas)
  Precisión de alineación (desplazamiento del panel <3μm)
  Uniformidad del adhesivo (tolerancia de anchura de la cola UV ±50μm)

2. Amplias aplicaciones industriales

3. Integración de nuevas tecnologías

• Implantación de fábricas inteligentes

• La integración del sistema MES permite:
  Control del rendimiento en tiempo real (frecuencia de actualización de datos ≤2s)
  Umbrales de detección adaptables (ajuste de parámetros controlado por IA)

• Expansión intersectorial

• Envasado de alimentos: Comprobación de la integridad del precinto de aluminio (precisión de 0,1 mm)
• Industria textil: Clasificación automática de los defectos del tejido (velocidad de 30 m/min)

4. Guía de selección de tecnologías

1. Prioridad de fabricación de productos electrónicos:

• Sistemas integrados 3D SPI+AOI (por ejemplo, Koh Young KY8030)
• Componente mínimo detectable: 01005 (40μm×20μm)

• Recomendaciones industriales generales:

• Los sistemas universales de AOI deben presentar:
  Iluminación multiespectral (para sustratos metálicos/plásticos)
  Grado de protección IP54 (resistencia al polvo/aceite)

Conclusión

La tecnología de inspección óptica automatizada (AOI), como medio fundamental de control de calidad en la fabricación moderna, se ha expandido desde la fabricación tradicional de electrónica SMT a diversos campos como los paneles LCD, el embalaje de semiconductores, la electrónica del automóvil y la biomedicina. Su valor principal radica en la combinación de imágenes ópticas de alta precisión (±15μm) y algoritmos inteligentes (por ejemplo, aprendizaje profundo) para realizar la detección automatizada de defectos en las juntas de soldadura, errores de colocación de componentes y problemas de polaridad, y al mismo tiempo, la vinculación con el sistema MES para formar un bucle cerrado de datos para promover la mejora de la fabricación inteligente. En el futuro, la AOI se integrará profundamente con los rayos X y el mantenimiento predictivo de IA para superar aún más el límite de detección y convertirse en un "guardián de la calidad" indispensable en la era de la Industria 4.0.