Что такое AOI (автоматизированная оптическая инспекция)?

Что такое AOI？

AOI (Automated Optical Inspection) - это высокоточная промышленная система обнаружения, основанная на машинном зрении и используемая в основном для контроля качества. печатные платы (PCBs). Его основной принцип заключается в сочетании высокоскоростной оптической визуализации с интеллектуальными алгоритмами для автоматического выявления дефектов сборки печатных плат (например, несоосности компонентов, отсутствия деталей) и проблем с пайкой (например, перекрытия, холодные соединения).

Принцип работы системы АОИ

1. Этап получения изображения

• Высокоточная визуализация: Использует промышленные CMOS/CCD-камеры с кольцевым освещением для съемки особенностей поверхности печатной платы с микронным разрешением.
• Многомерный захват: Поддерживает 2D-инспекцию (паяльные швы/пайку) и 3D-анализ топографии (высота паяльной пасты/компонентная компланарность)

2. Предварительная обработка изображений

• Подавление шума: Применяет гауссову фильтрацию и морфологические операции для устранения оптических помех
• Улучшение характеристик: Использует усиление резкости по краям и слияние HDR для повышения контрастности целевой области
• Выравнивание координат: Выполняет регистрацию CAD-изображений с использованием фидуциальных меток в качестве опорных точек

3. Интеллектуальное обнаружение дефектов

• Проверка на основе стандартов: Проверяет размещение компонентов/полярность/морфологию паяного соединения в соответствии с критериями IPC-A-610
• Гибридные алгоритмы:
  Традиционные: Сопоставление шаблонов, анализ блобов
  С помощью искусственного интеллекта: CNN-сети для обнаружения надгробных камней, холодного припоя и т. д.

4. Выход и обратная связь

• Многоуровневое оповещение: Вызывает визуальные/звуковые сигналы тревоги по степени серьезности дефекта (критический/главный/незначительный)
• Системная интеграция: Синхронизирует результаты НГ в MES с координатами ремонтной станции
• Оптимизация процесса: Предоставляет данные SPC для настройки печей для пайки/паяльных машин

Технологическое преимущество AOI

1. Ограничения ручной инспекции

В ранние годы контроль печатных плат основывался на ручном визуальном контроле. Однако с появлением высокоплотная межсоединение (ИЧР) проекты и массовое производство требования, ручные методы сталкиваются с тремя важнейшими проблемами:

• Низкая надежность: Склонны к усталости и субъективным суждениям, при этом количество дефектов превышает 15%
• Неэффективность: Скорость осмотра <0,5 доски в минутунесовместимы с современными линейными циклами SMT.
• Растущие расходы: Труд составляет 8%-12% от общей стоимости ПХД, с длительными требованиями к обучению

2. Основные возможности обнаружения AOI

Точно определяет 7 основных категорий дефектов:

Уникальные преимущества перед традиционными методами:

• Устранение слепых зон при испытаниях: Обнаруживает недозаполнение BGA, компоненты 0201 и другие области, недоступные для ICT-зондов
• Аналитика данных по замкнутому циклу: Классификация дефектов в режиме реального времени (например, выявление дефектов трафаретной печати 30%) позволяет оптимизировать процесс

3. Количественные преимущества производительности

4. Интеграция интеллектуального производства

• Обратная связь в режиме реального времени: Запускает оповещения MES с координатами ремонтной станции (Ответ <2 секунды)
• Предиктивное обслуживание: Анализ тенденций на основе SPC позволяет прогнозировать такие проблемы, как засорение трафарета
• Экономическая эффективность: Типичный Окупаемость инвестиций <6 месяцев с 50-70% сокращение лома

Критическая роль АОИ в производственных линиях SMT

I. Четыре ключевых узла контроля AOI в процессе SMT

• Контроль после пайки пастой (интеграция SPI-AOI)

• Основная функция: Измеряет толщину пасты (±5 мкм), площадь покрытия и дефекты перекрытия
• Профилактическая ценность: Раннее обнаружение засорения/ смещения трафарета предотвращает дефекты доводки (повышение коэффициента перехвата дефектов 60%)

• Размещение компонентов после чипа (после монтажа чипа)

• Фокус: Отсутствующие, перевернутые или смещенные компоненты 0201/0402 (точность ±15 мкм)
• Преимущество в стоимости: Стоимость переделки на этом этапе составляет всего 1/20 от стоимости коррекции после доводки

• Размещение компонентов после ИС (устройства с мелким шагом)

• Важнейшие возможности: Выявление ошибок полярности QFP/BGA и копланарности выводов (угловое разрешение 0,5°)
• Управление процессом: Обмен данными в реальном времени с комплектовочными машинами для автоматической компенсации смещения

• Заключительный осмотр после перетока (всесторонняя проверка дефектов)

• Ключевые задачи:
  Определение морфологии паяного соединения в 3D (требуется разрешение 10 мкм по оси Z)
  Осмотр затененных областей (например, нижних выводов QFN)
• Состояние отрасли: Коэффициент обнаружения 92% по сравнению с 99,5% для AOI с предварительной проточкой

II. Технико-экономическое сравнение: AOI с предварительным потоком и AOI с последующим потоком

III. Рекомендации по лучшей практике

• Стратегия выбора оборудования

• Предварительная обработка: Приоритет высокоскоростному АОИ с технологией "на лету" (например, Koh Young KY8030)
• Постобработка: Должна быть предусмотрена 3D-конфокальная микроскопия (например, Omron VT-S730).

• Применение данных замкнутого цикла

• Составление контрольных карт SPC (автоматический триггер очистки трафарета при дефектах пасты >3%)
• Передача данных о смещениях при размещении обратно в машины для подбора и размещения через MES (точность компенсации ±7 мкм)

• Тенденции будущей эволюции

• Виртуальный AOI с использованием глубокого обучения (прогнозирование риска дефектов на стадии EDA)
• Мультимодальный контроль (объединение данных рентгенографии + АОИ для целостного моделирования паяного соединения)

Краткое руководство по инспекции AOI

1. Ошибка в оценке характера

• Выпуск: Ложные вызовы из-за нечеткой/несоответствующей маркировки компонентов
• Решения:
• - использование многоспектральная визуализация (видимый + ИК)
• Регулировка допустимого уровня серого (ΔE < 15)
• Уменьшить количество критических проверок персонажа

2. Слепые зоны инспекции

• Распространенные "слепые пятна:
• Тени от высоких компонентов → Кольцевой свет 45° + боковая подсветка
• Нижние паяные соединения BGA → Сканирование слоев с помощью конфокальной микроскопии
• Компоненты <3 мм от края платы → Проектирование 5 мм зоны отчуждения

3. Обсуждение стандартов на паяные соединения

• Основные параметры:
• Компоненты микросхем: Угол смачивания 25°-55°, Xc/Xi=1,2-1,8
• Компоненты QFP: Толщина свинца припоя ≥50%
• Правило проектирования:

  Удлинение колодки = Длина компонента × 0,25
  Минимальный интервал = Средняя высота компонента + 0,5 мм

4. Результаты реализации

• Типичные улучшения:
  Частота ложных вызовов ↓70%
  Скорость осмотра ↑25%
• Экстренное исправление:
  Если количество ложных вызовов → Отключить проверку символов или включить "Режим обучения"

5. Таблица быстрого поиска и устранения неисправностей

Применение технологии AOI и охват промышленности

1. Основные области применения

• SMT производство электроники (Основной домен)

• Цели инспекции:
  Качество паяного соединения (пустоты/мосты/недостаточное количество припоя)
  Размещение компонентов (несоответствие/переворот/пропажа)
  Проверка полярности (ориентация танталовых конденсаторов/диодов)
• Отраслевые стандарты:
  IPC-A-610 Класс 3 (аэрокосмический/медицинский класс)
  Точность обнаружения: ±15 мкм (уровень компонентов 0201)

• Производство дисплейных панелей (LCD/OLED)

• Критические проверки:
  Пиксельные дефекты (яркие/темные пятна/линейные дефекты)
  Точность выравнивания (смещение панели <3 мкм)
  Однородность клея (допуск на ширину УФ-клея ±50 мкм)

2. Широкое промышленное применение

3. Интеграция новых технологий

• Внедрение "умной фабрики

• Интеграция системы MES позволяет:
  Контроль урожайности в режиме реального времени (частота обновления данных ≤2 с)
  Адаптивные пороги обнаружения (настройка параметров с помощью искусственного интеллекта)

• Межотраслевая экспансия

• Упаковка для пищевых продуктов: Проверка целостности уплотнения из алюминиевой фольги (точность 0,1 мм)
• Текстильная промышленность: Автоматическая сортировка дефектов ткани (скорость 30 м/мин)

4. Руководство по выбору технологий

1. Приоритет производства электроники:

• Интегрированные системы 3D SPI+AOI (например, Koh Young KY8030)
• Минимальный обнаруживаемый компонент: 01005 (40 мкм×20 мкм)

• Общие промышленные рекомендации:

• Универсальные системы АОИ должны быть оснащены:
  Многоспектральное освещение (для металлических/пластиковых подложек)
  Степень защиты IP54 (пыле- и маслостойкость)

Iii. Выводы и рекомендации

Технология автоматизированной оптической инспекции (АОИ), являющаяся основным средством контроля качества в современном производстве, распространилась с традиционного производства SMT-электроники на различные области, такие как производство ЖК-панелей, полупроводниковой упаковки, автомобильной электроники и биомедицины. Ее основная ценность заключается в сочетании высокоточной оптической визуализации (±15 мкм) и интеллектуальных алгоритмов (например, глубокого обучения) для автоматического обнаружения дефектов паяных соединений, ошибок размещения компонентов и проблем с полярностью, и в то же время связи с системой MES для формирования замкнутого цикла данных для содействия модернизации интеллектуального производства. В будущем АОИ будет глубоко интегрирован с рентгеновским излучением и предиктивным обслуживанием с использованием искусственного интеллекта, чтобы преодолеть предел обнаружения и стать незаменимым "привратником качества" в эпоху Индустрии 4.0.