Che cos'è l'AOI (ispezione ottica automatizzata)?

Che cosa è AOI？

L'AOI (Automated Optical Inspection) è un sistema di rilevamento industriale ad alta precisione basato sulla visione artificiale, utilizzato principalmente per il controllo di qualità dei prodotti. circuiti stampati (PCB). Il suo principio fondamentale consiste nel combinare immagini ottiche ad alta velocità con algoritmi intelligenti per identificare automaticamente i difetti di assemblaggio dei PCB (ad esempio, disallineamento dei componenti, parti mancanti) e i problemi di saldatura (ad esempio, ponti, giunti freddi).

Principio di funzionamento del sistema AOI

1. Fase di acquisizione delle immagini

• Imaging di alta precisione: Utilizza telecamere CMOS/CCD industriali con illuminazione ad anello per acquisire le caratteristiche della superficie del PCB con una risoluzione di livello micron.
• Acquisizione multidimensionale: Supporta l'ispezione 2D (giunti di saldatura/silkscreen) e l'analisi topografica 3D (altezza della pasta saldante/coplanarità dei componenti).

2. Preelaborazione dell'immagine

• Soppressione del rumore: Applica il filtraggio gaussiano e le operazioni morfologiche per eliminare le interferenze ottiche.
• Miglioramento delle funzioni: Utilizza la nitidezza dei bordi e la fusione HDR per migliorare il contrasto dell'area di destinazione.
• Allineamento delle coordinate: Esegue la registrazione CAD-immagine utilizzando i punti fiduciali come punti di riferimento.

3. Rilevamento intelligente dei difetti

• Verifica basata sugli standard: Controlla il posizionamento dei componenti, la polarità e la morfologia del giunto di saldatura in base ai criteri IPC-A-610.
• Algoritmi ibridi:
  Tradizionale: Corrispondenza dei modelli, analisi dei blob
  Potenziato dall'intelligenza artificiale: Reti CNN per l'individuazione di tombaroli, saldature fredde, ecc.

4. Uscita e feedback

• Allarme a livelli: Attivazione di allarmi visivi/audio in base alla gravità del difetto (Critico/Maggiore/Minore)
• Integrazione del sistema: Sincronizza i risultati NG al MES con le coordinate della stazione di riparazione.
• Ottimizzazione del processo: Fornisce dati SPC per la messa a punto del forno di riflusso e della macchina di posizionamento.

Il vantaggio della tecnologia AOI

1. Limiti dell'ispezione manuale

Le prime ispezioni dei PCB si basavano su controlli visivi manuali. Tuttavia, con l'avvento della interconnessione ad alta densità (HDI) progetti e produzione di massa I metodi manuali devono affrontare tre sfide critiche:

• Bassa affidabilità: Incline all'affaticamento e al giudizio soggettivo, con percentuali di fuga dei difetti superiori a 15%
• Inefficienza: Velocità di ispezione <0,5 schede/minutoincompatibile con i moderni cicli di linea SMT
• Aumento dei costi: Il lavoro rappresenta 8%-12% dei costi totali dei PCB, con lunghi requisiti di formazione

2. Le principali capacità di rilevamento dell'AOI

Identifica con precisione 7 categorie di difetti principali:

Vantaggi unici rispetto ai metodi tradizionali:

• Elimina i punti ciechi del test: Rileva il sotto-riempimento di BGA, i componenti 0201 e altre aree inaccessibili alle sonde ICT.
• Analisi dei dati a ciclo chiuso: La classificazione dei difetti in tempo reale (ad esempio, l'identificazione dei difetti di stampa dello stencil 30%) consente l'ottimizzazione del processo.

3. Vantaggi quantificati in termini di prestazioni

4. Integrazione della produzione intelligente

• Feedback in tempo reale: Attiva gli allarmi MES con le coordinate della stazione di riparazione (Risposta di <2 secondi)
• Manutenzione predittiva: L'analisi delle tendenze basata su SPC prevede problemi come l'intasamento delle matrici.
• Efficienza dei costi: Tipico ROI <6 mesi con 50-70% riduzione degli scarti

Il ruolo critico dell'AOI nelle linee di produzione SMT

I. Quattro nodi chiave dell'ispezione AOI nel processo SMT

• Ispezione post-saldatura (integrazione SPI-AOI)

• Funzione principale: Misura lo spessore della pasta (±5μm), l'area di copertura e i difetti di riempimento.
• Valore preventivo: Il rilevamento precoce dell'intasamento/disallineamento della matrice previene i difetti di riflusso (miglioramento del tasso di intercettazione dei difetti del 60%).

• Posizionamento dei componenti post-chip (dopo il Chip Mounter)

• Messa a fuoco: Componenti 0201/0402 mancanti, invertiti o disallineati (precisione ±15μm)
• Vantaggio in termini di costi: Il costo della rilavorazione in questa fase è solo 1/20 della correzione post-reflow.

• Posizionamento dei componenti post-IC (dispositivi a passo fine)

• Capacità critica: Identifica gli errori di polarità di QFP/BGA e la complanarità dei conduttori (risoluzione angolare di 0,5°).
• Controllo del processo: Scambio di dati in tempo reale con macchine pick-and-place per la compensazione automatica dell'offset

• Ispezione finale post-riflusso (screening completo dei difetti)

• Le sfide principali:
  Rilevamento della morfologia dei giunti di saldatura in 3D (richiede una risoluzione dell'asse Z di 10μm)
  Ispezione di aree in ombra (ad esempio, terminazioni inferiori QFN)
• Stato dell'industria: Tasso di rilevamento 92% contro 99,5% per AOI pre-reflow

II. Confronto tecnico-economico: AOI pre-reflow vs. AOI post-reflow

III. Raccomandazioni di buone pratiche

• Strategia di selezione delle apparecchiature

• Pre-reflow: Privilegiare l'AOI ad alta velocità con tecnologia on-the-fly (ad esempio, Koh Young KY8030)
• Post-reflow: Deve incorporare la microscopia confocale 3D (ad esempio, Omron VT-S730).

• Applicazione dei dati a circuito chiuso

• Stabilire le tabelle di controllo SPC (auto-trigger di pulizia dello stencil quando i difetti della pasta sono >3%)
• Alimentazione dei dati di offset di posizionamento alle macchine pick-and-place tramite MES (precisione di compensazione di ±7μm)

• Tendenze evolutive future

• AOI virtuale con deep learning (previsione del rischio di difetti in fase EDA)
• Ispezione multimodale (fusione di dati radiografici + AOI per la modellazione olistica dei giunti di saldatura)

Guida rapida all'ispezione AOI

1. Errore di valutazione del carattere

• Problema: False chiamate dovute a marcature sfocate/inconsistenti dei componenti
• Soluzioni:
• uso imaging multispettrale (visibile + IR)
• Regola la tolleranza della scala di grigi (ΔE < 15)
• Ridurre i controlli critici dei personaggi

2. Punti ciechi dell'ispezione

• Punti ciechi comuni:
• Ombre di componenti alti → Luce anulare a 45° + illuminazione laterale
• Giunti di saldatura inferiori BGA → Scansione dello strato in microscopia confocale
• Componenti a <3 mm dal bordo della scheda → Progettazione di una zona di esclusione di 5 mm

3. Dibattito sugli standard dei giunti a saldare

• Parametri chiave:
• Componenti del chip: Angolo di bagnatura 25°-55°, Xc/Xi=1,2-1,8
• Componenti QFP: Filetto di saldatura ≥50% spessore del piombo
• Regola di progettazione:

  Estensione del cuscinetto = Lunghezza del componente × 0,25
  Spaziatura minima = altezza media del componente + 0,5 mm

4. Risultati dell'implementazione

• Miglioramenti tipici:
  Tasso di false chiamate ↓70%
  Velocità di ispezione ↑25%
• Riparazione d'emergenza:
  Se l'eccesso di false chiamate → Disabilita il controllo dei caratteri o abilitare "Modalità di apprendimento

5. Tabella di risoluzione rapida dei problemi

Applicazioni della tecnologia AOI e copertura del settore

1. Campi di applicazione principali

• Produzione elettronica SMT (Dominio primario)

• Obiettivi di ispezione:
  Qualità del giunto a saldare (vuoti/ponti/insufficienza di saldatura)
  Posizionamento del componente (allineamento errato/invertito/mancante)
  Verifica della polarità (orientamento dei condensatori al tantalio/diodi)
• Standard di settore:
  IPC-A-610 Classe 3 (grado aerospaziale/medicale)
  Precisione di rilevamento: ±15μm (livello del componente 0201)

• Produzione di pannelli di visualizzazione (LCD/OLED)

• Ispezioni critiche:
  Difetti dei pixel (macchie chiare/scure/difetti delle linee)
  Precisione di allineamento (offset del pannello <3μm)
  Uniformità dell'adesivo (tolleranza della larghezza della colla UV ±50μm)

2. Ampie applicazioni industriali

3. Integrazione delle tecnologie emergenti

• Implementazione della fabbrica intelligente

• L'integrazione del sistema MES consente:
  Monitoraggio della resa in tempo reale (frequenza di aggiornamento dei dati ≤2s)
  Soglie di rilevamento adattive (regolazione dei parametri guidata dall'intelligenza artificiale)

• Espansione intersettoriale

• Imballaggio per alimenti: Controllo dell'integrità della tenuta del foglio di alluminio (precisione 0,1 mm)
• Industria tessile: Selezione automatica dei difetti del tessuto (velocità 30m/min)

4. Guida alla selezione della tecnologia

1. Priorità della produzione elettronica:

• Sistemi integrati SPI+AOI 3D (ad esempio, Koh Young KY8030)
• Componente minima rilevabile: 01005 (40μm×20μm)

• Raccomandazioni industriali generali:

• I sistemi AOI universali devono essere caratterizzati da:
  Illuminazione multispettrale (per substrati in metallo/plastica)
  Grado di protezione IP54 (resistenza alla polvere/olio)

conclusioni

La tecnologia di ispezione ottica automatizzata (AOI), come mezzo di controllo della qualità fondamentale nella produzione moderna, si è estesa dalla tradizionale produzione di elettronica SMT a diversi settori come i pannelli LCD, il packaging dei semiconduttori, l'elettronica automobilistica e biomedica. Il suo valore fondamentale risiede nella combinazione di immagini ottiche ad alta precisione (±15μm) e algoritmi intelligenti (ad esempio, deep learning) per realizzare il rilevamento automatico dei difetti dei giunti di saldatura, degli errori di posizionamento dei componenti e dei problemi di polarità e, allo stesso tempo, il collegamento con il sistema MES per formare un ciclo chiuso di dati per promuovere l'aggiornamento della produzione intelligente. In futuro, l'AOI sarà profondamente integrato con i raggi X e la manutenzione predittiva dell'intelligenza artificiale per superare ulteriormente il limite di rilevamento e diventare un indispensabile "guardiano della qualità" nell'era dell'Industria 4.0.