O que é a AOI (Inspeção Ótica Automatizada)?

O que é AOI？

A AOI (Inspeção Ótica Automatizada) é um sistema de deteção industrial de alta precisão baseado na visão artificial, utilizado principalmente para o controlo de qualidade de placas de circuito impresso (PCBs). O seu princípio fundamental envolve a combinação de imagens ópticas de alta velocidade com algoritmos inteligentes para identificar automaticamente defeitos de montagem de PCB (por exemplo, desalinhamento de componentes, peças em falta) e problemas de soldadura (por exemplo, ponte, juntas frias).

Princípio de funcionamento do sistema AOI

1. Fase de aquisição de imagens

• Imagens de alta precisão: Utiliza câmaras CMOS/CCD industriais com iluminação anelar para captar as caraterísticas da superfície do PCB com uma resolução ao nível do mícron
• Captura multidimensional: Suporta inspeção 2D (juntas de solda/ecrãs) e análise de topografia 3D (altura da pasta de solda/coplanaridade dos componentes)

2.Pré-processamento de imagens

• Supressão de ruído: Aplica a filtragem Gaussiana e operações morfológicas para eliminar interferências ópticas
• Melhoria das funcionalidades: Utiliza a nitidez das margens e a fusão HDR para melhorar o contraste da área alvo
• Alinhamento de coordenadas: Efectua o registo CAD-para-imagem utilizando marcas fiduciais como pontos de referência

3.Deteção inteligente de defeitos

• Verificação baseada em normas: Verifica a colocação dos componentes/polaridade/morfologia da junta de soldadura de acordo com os critérios IPC-A-610
• Algoritmos híbridos:
  Tradicional: Correspondência de modelos, análise de blob
  Com recurso a IA:Redes CNN para a deteção de marcas de túmulos, solda fria, etc.

4.Sinalização de saída; Feedback

• Alerta por níveis: Acciona alarmes visuais/sonoros por gravidade do defeito (Crítico/Maior/Menor)
• Integração do sistema: Sincroniza os resultados NG para o MES com as coordenadas da estação de reparação
• Otimização do processo: Fornece dados SPC para a afinação de fornos de refusão/máquinas Pick-and-place

Vantagem da tecnologia AOI

1. Limitações da inspeção manual

As primeiras inspecções de PCB baseavam-se em verificações visuais manuais.No entanto, com o aumento da interligação de alta densidade (IDH) desenhos e produção em massa Os métodos manuais enfrentam três desafios críticos:

• Baixa fiabilidade: Propensos à fadiga e ao julgamento subjetivo, com taxas de fuga de defeitos superiores a 15%
• Ineficiência: Velocidade de inspeção <0,5 placas/minutoincompatível com os modernos ciclos de linha SMT
• Aumento dos custos: A mão de obra é responsável por 8%-12% dos custos totais de PCB, com longos requisitos de formação

2.Principais capacidades de deteção da AOI

Identifica com exatidão 7 grandes categorias de defeitos:

Vantagens exclusivas em relação aos métodos tradicionais:

• Elimina os ângulos mortos dos testes: Detecta BGA underfill, componentes 0201 e outras áreas inacessíveis às sondas ICT
• Análise de dados em circuito fechado: A classificação de defeitos em tempo real (por exemplo, identificação de 30% de defeitos de impressão em stencil) permite a otimização do processo

3.Vantagens de desempenho quantificadas

4.Integração do fabrico inteligente

• Feedback em tempo real: Acciona os alertas MES com as coordenadas da estação de reparação (<Resposta em 2 segundos)
• Manutenção preventiva: A análise de tendências baseada em SPC prevê problemas como o entupimento do stencil
• Eficiência de custosTípico ROI <6 meses com 50-70% de redução de sucata

O papel crítico da AOI nas linhas de produção SMT

I. Quatro nós de inspeção principais da AOI no processo SMT

• Inspeção Pós-Pasta de Soldadura (Integração SPI-AOI)

• Função principal: Mede a espessura da pasta (±5μm), a área de cobertura e os defeitos de ligação
• Valor preventivo:A deteção precoce de obstrução/desalinhamento do stencil evita defeitos de refluxo (melhoria de 60% na taxa de interceção de defeitos)

• Colocação de componentes pós-chip (após o montador de chips)

• Foco: Componentes 0201/0402 em falta, invertidos ou desalinhados (precisão de ±15μm)
• Vantagem em termos de custos:O custo do retrabalho nesta fase é apenas 1/20 da correção pós-refluxo

• Colocação de componentes pós-CI (dispositivos de passo fino)

• Capacidade crítica: Identifica erros de polaridade QFP/BGA e coplanaridade de chumbo (resolução angular de 0,5°)
• Controlo do processo:Troca de dados em tempo real com máquinas pick-and-place para compensação automática de desvio

• Inspeção final pós-refluxo (rastreio exaustivo de defeitos)

• Principais desafios:
  Deteção da morfologia da junta de soldadura em 3D (requer uma resolução de 10μm no eixo Z)
  Inspeção de áreas sombreadas (por exemplo, terminações inferiores QFN)
• Estatuto da indústria: Taxa de deteção de 92% vs. 99,5% para AOI pré-refluxo

II.Comparação técnico-económica: AOI pré-refluxo vs. AOI pós-refluxo

III.Recomendações de boas práticas

• Estratégia de seleção de equipamento

• Pré-refluxo: Dar prioridade à AOI de alta velocidade com tecnologia "on-the-fly" (por exemplo, Koh Young KY8030)
• Pós-refluxo:Deve incorporar microscopia confocal 3D (por exemplo, Omron VT-S730)

• Aplicação de dados em circuito fechado

• Estabelecer gráficos de controlo SPC (ativar automaticamente a limpeza do estêncil quando os defeitos da pasta são superiores a 3%)
• Alimentar os dados de desvio de colocação de volta para as máquinas de recolha e colocação através do MES (precisão de compensação de ±7μm)

• Tendências de evolução futura

• AOI virtual utilizando aprendizagem profunda (previsão do risco de defeitos na fase EDA)
• Inspeção multimodal (fusão de dados de raios X + AOI para modelação holística de juntas de soldadura)

Guia de referência rápida para inspeção AOI

1. Julgamento errado do carácter

• Questão: Chamadas falsas devido a marcações de componentes pouco nítidas/inconsistentes
• Soluções:
• Utilização imagiologia multi-espetral (visível + IV)
• Ajustar a tolerância da escala de cinzentos (ΔE < 15)
• Reduzir os controlos críticos de carácter

2.Pontos cegos da inspeção

• Pontos cegos comuns:
• Sombras de componentes altos → Anel luminoso de 45° + iluminação lateral
• Juntas de solda inferior BGA → Microscopia confocal de varrimento de camadas
• Componentes <3mm da borda da placa → Conceção de uma zona de proteção de 5 mm

3.Debate sobre as normas relativas às juntas de soldadura

• Parâmetros-chave:
• Componentes do chip: Ângulo de molhagem 25°-55°, Xc/Xi=1,2-1,8
• Componentes QFP: Filete de solda ≥50% de espessura de chumbo
• Regra de conceção:

  Extensão da almofada = Comprimento do componente × 0,25
 Espaçamento mínimo = Altura média do componente + 0,5 mm

4.Resultados da implementação

• Melhorias típicas:
  Taxa de chamadas falsas ↓70%
  Velocidade de inspeção ↑25%
• Reparação de emergência:
  Se o número excessivo de falsas chamadas → Desativar a verificação de caracteres ou ativar Modo de aprendizagem”

5.Tabela de resolução rápida de problemas

Aplicações da tecnologia AOI e cobertura da indústria

1. Principais domínios de aplicação

• Fabrico de eletrónica SMT (Domínio primário)

• Objectivos de inspeção:
  Qualidade da junta de soldadura (vazios/pontes/insuficiência de solda)
  Colocação de componentes (desalinhamento/inversão/ausência)
  Verificação da polaridade (orientação dos condensadores de tântalo/diodos)
• Normas do sector:
  IPC-A-610 Classe 3 (Classe aeroespacial/médica)
  Precisão da deteção: ±15μm (nível do componente 0201)

• Produção de painéis de visualização (LCD/OLED)

• Inspecções críticas:
  Defeitos de pixéis (pontos claros/escuros/defeitos de linha)
  Precisão do alinhamento (desvio do painel <3μm)
  Uniformidade do adesivo (tolerância de largura da cola UV ±50μm)

2.Aplicações industriais alargadas

3.Integração de tecnologias emergentes

• Implementação de Fábrica Inteligente

• A integração do sistema MES permite:
  Monitorização do rendimento em tempo real (taxa de atualização de dados ≤2s)
  Limiares de deteção adaptáveis (ajuste de parâmetros orientado por IA)

• Expansão inter-industrial

• Embalagem de alimentos: Controlo da integridade do selo da folha de alumínio (precisão de 0,1 mm)
• Indústria têxtil: Seleção automática de defeitos de tecido (velocidade de 30m/min)

4.Guia de seleção de tecnologias

1. Prioridade ao fabrico de eletrónica:

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

• Recomendações industriais gerais:

• Os sistemas AOI universais devem incluir:
  Iluminação multi-espetral (para substratos de metal/plástico)
  Índice de proteção IP54 (resistência ao pó/óleo)

Conclusão

A tecnologia de inspeção ótica automatizada (AOI), como um meio de controlo de qualidade central no fabrico moderno, expandiu-se do fabrico tradicional de eletrónica SMT para diversos campos, como painéis LCD, embalagens de semicondutores, eletrónica automóvel e biomédica. O seu valor central reside na combinação de imagens ópticas de alta precisão (± 15μm) e algoritmos inteligentes (por exemplo, aprendizagem profunda) para realizar a deteção automática de defeitos de juntas de solda, erros de colocação de componentes e problemas de polaridade e, ao mesmo tempo, ligação com o sistema MES para formar um circuito fechado de dados para promover a atualização da fabricação inteligente. No futuro, a AOI será profundamente integrada à manutenção preditiva de raios X e IA para romper ainda mais o limite de deteção e se tornar um "guardião da qualidade" indispensável na era da Indústria 4.0.