Vad är AOI？
AOI (Automated Optical Inspection) är ett industriellt detekteringssystem med hög precision baserat på maskinseende, som främst används för kvalitetskontroll av tryckta kretskort (mönsterkort). Kärnprincipen är att kombinera optisk höghastighetsavbildning med intelligenta algoritmer för att automatiskt identifiera defekter i mönsterkortsmonteringen (t.ex. felaktig inriktning av komponenter, saknade delar) och lödproblem (t.ex. överbryggning, kalla fogar).
AOI-systemets arbetsprincip
1. Steg för bildinhämtning
- Bildtagning med hög precision: Använder industriella CMOS/CCD-kameror med ringbelysning för att fånga PCB-ytans egenskaper med upplösning på mikronivå
- Flerdimensionell fångst: Stödjer 2D-inspektion (lödfogar/silkscreen) och 3D-topografianalys (lödpastahöjd/komponentkoplanaritet)
2.Förbehandling av bilder
- Bullerdämpning: Tillämpar Gaussisk filtrering och morfologiska operationer för att eliminera optiska störningar
- Förbättring av funktioner: Använder kantskärpning och HDR-fusion för att förbättra målområdets kontrast
- Koordinerad inriktning: Utför CAD-till-bild-registrering med hjälp av referensmärken som referenspunkter
3.Intelligent detektering av defekter
- Standardbaserad verifiering: Kontrollerar komponentplacering/polaritet/lödfogens morfologi mot IPC-A-610-kriterier
- Hybridalgoritmer:
Traditionell: Mallmatchning, Blob-analys
AI-driven:CNN-nätverk för att upptäcka tombstoning, kalla lödningar etc.
4.Utgång & Återkoppling
- Nivåindelad varning: Utlöser visuella larm och ljudlarm efter defektens allvarlighetsgrad (kritisk/stor/små)
- Systemintegration: Synkroniserar NG-resultat till MES med reparationsstationens koordinater
- Processoptimering: Tillhandahåller SPC-data för inställning av omflödesugn/pick-and-place-maskin
AOI:s tekniska fördelar
1. Begränsningar av manuell inspektion
Tidig PCB-inspektion förlitade sig på manuella visuella kontroller.Men med ökningen av sammankoppling med hög densitet (HDI) design och massproduktion krav, står manuella metoder inför tre kritiska utmaningar:
- Låg tillförlitlighet: Känslig för trötthet och subjektiva bedömningar, med fel som undkommer i högre grad än 15%
- Ineffektivitet: Inspektionshastighet 0,5 brädor/minutinkompatibel med moderna SMT-linjecykler
- Stigande kostnader: Arbetskonton för 8%-12% av de totala PCB-kostnaderna, med långa utbildningskrav
2.AOI:s grundläggande detektionsförmåga
Identifierar på ett korrekt sätt 7 huvudsakliga defektkategorier:
| Typ av defekt | Exempel | Detektionsnoggrannhet |
|---|
| Komponentplacering | Saknas, felinriktad och omvänd polaritet | ±25 μm |
| Lödfogens kvalitet | Kall lödning, överbryggning och otillräcklig lödning | 5% tolerans för diameter |
| Defekter i blyform | Böjda, lyfta, icke-oplanära leads | 15 μm upplösning |
Unika fördelar jämfört med traditionella metoder:
- Eliminerar testets blinda fläckar: Detekterar BGA-underfyllnad, 0201-komponenter och andra områden som är otillgängliga för ICT-prober
- Dataanalys med slutna kretsar: Klassificering av defekter i realtid (t.ex. identifiering av 30% stenciltryckfel) möjliggör processoptimering
3.Kvantifierade prestandafördelar
| Metrisk | AOI Inspektion | Manuell inspektion | Förbättring och de senaste citaten! |
|---|
| Precision | Upptäcker 0,01 mm² defekter | Mänsklig gräns: 0,1 mm² | 10 gånger bättre |
| Hastighet | 20 brädor/minut (tvåfilig) | 0,3 tavlor/minut | 66 gånger snabbare |
| Samstämmighet | CpK ≥1,67 | CpK ≤1,0 | Utbyte ↑40%. |
4.Integration av smart tillverkning
- Feedback i realtid: Utlöser MES-varningar med reparationsstationens koordinater (2 sekunders svar)
- Förutseende underhåll: SPC-baserad trendanalys förutser problem som igensättning av stenciler
- Kostnadseffektivitet: Typisk ROI <6 månader med 50-70% minskning av skrot
AOI:s kritiska roll i SMT-produktionslinjer
I. Fyra viktiga inspektionsnoder för AOI i SMT-processen
- Inspektion av lödpasta efter lödning (SPI-AOI-integration)
- Huvudfunktion: Mäter pastatjocklek (±5 μm), täckningsområde och överbryggningsdefekter
- Förebyggande värde:Tidig upptäckt av igensättning/förskjutning av stenciler förhindrar återflödesdefekter (60% förbättring av defektupptäcktsfrekvensen)
- Placering av komponenter efter chipet (efter chipmonteraren)
- Fokus: Saknade, omvända eller feljusterade 0201/0402-komponenter (±15 μm noggrannhet)
- Kostnadsmässiga fördelar:Omarbetningskostnaden i detta skede är endast 1/20 av korrigeringen efter återflödet
- Placering av komponenter efter IC (enheter med fin pitch)
- Kritisk förmåga: Identifierar QFP/BGA-polaritetsfel och koplanaritet för lead (0,5° vinkelupplösning)
- Processtyrning:Datautbyte i realtid med pick-och-placera-maskiner för automatisk offsetkompensation
- Slutlig inspektion efter återflöde (omfattande kontroll av defekter)
- Viktiga utmaningar:
3D-morfologidetektering av lödfogar (kräver 10 μm upplösning på Z-axeln)
Inspektion av skuggade områden (t.ex. QFN-anslutningar i botten)
- Status i branschen: 92% detekteringsgrad jämfört med 99,5% för AOI före återflöde
II.Teknisk-ekonomisk jämförelse: AOI före återflöde vs. AOI efter återflöde
| Dimension | AOI före återflöde | AOI efter återflöde |
|---|
| Fokus | Förebyggande av processer | Kvalitetssäkring |
| Nyckelmått | Andel falska samtal: 0,1%. | Utrymningsfrekvens ~8%. |
| Kostnadseffektivitet | $0,002/platta | 0,15 $/omarbetning av bräda |
| Teknisk utmaning | Dynamisk inspektion med hög hastighet (≥45 cm/s) | Komplex 3D-rekonstruktion av lödfog |
III.Rekommendationer för bästa praxis
- Strategi för val av utrustning
- Före återflöde: Prioritera höghastighets-AOI med on-the-fly-teknik (t.ex. Koh Young KY8030)
- Efter återflöde:Måste omfatta konfokal 3D-mikroskopi (t.ex. Omron VT-S730)
- Tillämpning av data för slutna kretsar
- Upprätta SPC-kontrolldiagram (automatisk stencilrengöring när pastadefekter >3%)
- Återföra data om placeringsoffset till pick-and-place-maskiner via MES (±7 μm kompensationsnoggrannhet)
- Framtida utvecklingstrender
- Virtuell AOI med hjälp av djupinlärning (förutsägelse av defektrisk i EDA-stadiet)
- Multimodal inspektion (fusion av röntgen- och AOI-data för holistisk modellering av lödfogar)
AOI-inspektion - snabbreferensguide
1. Missbedömning av karaktär
- Utgåva: Felaktiga avblåsningar på grund av otydliga/inkonsistenta komponentmarkeringar
- Lösningar:
- Användning multispektral avbildning (synlig + IR)
- Justera toleransen för gråskala (ΔE < 15)
- Minska kritiska karaktärskontroller
2.Blindspår vid inspektion
- Vanliga blinda fläckar:
- Skuggor av höga komponenter → 45° ringljus + sidobelysning
- BGA-lödfogar i botten → BGA-lödfogar i botten Konfokal mikroskopi skiktskanning
- Komponenter <3 mm från skivkant → Komponenter Utformning av 5 mm skyddszon
3.Debatt om standarder för lödfogar
- Viktiga parametrar:
- Chipkomponenter: Vätningsvinkel 25°-55°, Xc/Xi=1,2-1,8
- QFP-komponenter: Lödfil ≥50% blytjocklek
- Designregel:
Padförlängning = komponentens längd × 0,25
Minsta avstånd = genomsnittlig komponenthöjd + 0,5 mm
4.Resultat av genomförandet
- Typiska förbättringar:
Frekvensen felaktiga samtal ↓70%.
Inspektionshastighet ↑25%.
- Nödlösning:
Om överdrivet många falska anrop → Avaktivera teckenkontroll eller aktivera “Inlärningsläge”
5.Tabell för snabb felsökning
| Typ av fråga | Primär fix | Lösning för säkerhetskopiering |
|---|
| Felaktiga tecken | Justera tröskelvärdet för gråskalan | Avaktivera teckenkontroll |
| Missar i lödfog | Lägg till sidobelysning | Manuell omkontroll av zon |
| Skugginterferens | Rotera mönsterkortet 90°. | Markera som en uteslutningszon |
AOI-tekniska tillämpningar och industritäckning
1. Centrala tillämpningsområden
- SMT-elektroniktillverkning (Primär domän)
- Mål för inspektion:
Lödfogens kvalitet (hålrum/bryggor/bristande lödning)
Komponentplacering (felplacerad/omvänd/missad)
Polaritetsverifiering (orientering av tantalkondensatorer/dioder)
- Branschstandarder:
IPC-A-610 Klass 3 (Aerospace/Medical grade)
Detektionsnoggrannhet: ±15 μm (0201 komponentnivå)
- Produktion av bildskärmspaneler (LCD/OLED)
- Kritiska inspektioner:
Pixeldefekter (ljusa/mörka fläckar/linjedefekter)
Inriktningsnoggrannhet (panelförskjutning <3μm)
Enhetligt lim (tolerans för UV-limets bredd ±50 μm)
2.Breda industriella tillämpningar
| Sektor | Typiska användningsfall | Tekniska egenskaper |
|---|
| Förpackning av halvledare | Inspektion av waferbumpens höjd (±1 μm) | Konfokal 3D-mikroskopi |
| Elektronik för fordonsindustrin | Motor ECU lödfog 100% inspektion (krav på noll defekter) | Vibrationssäkert inlinesystem |
| Biomedicinsk | Kontroll av kanalintegritet för mikrofluidikchip | Submikron-interferometri för vitt ljus |
3.Integration av ny teknik
- Implementering av smarta fabriker
- MES-systemintegration möjliggör:
Övervakning av avkastning i realtid (uppdateringsfrekvens ≤2s)
Adaptiva detektionströsklar (AI-driven parameterjustering)
- Expansion över branschgränserna
- Förpackningar för livsmedel: Kontroll av aluminiumfolieförseglingens integritet (0,1 mm noggrannhet)
- Textilindustrin: Automatisk sortering av tygfel (hastighet 30 m/min)
4.Guide för val av teknik
- Elektroniktillverkning Prioritet:
- Integrerade 3D SPI+AOI-system (t.ex. Koh Young KY8030)
- Minsta detekterbara komponent: 01005 (40μm×20μm)
- Allmänna industriella rekommendationer:
- Universella AOI-system bör ha följande egenskaper:
Multispektral belysning (för metall-/plastsubstrat)
Skyddsklass IP54 (motståndskraft mot damm/olja)
Slutsats
AOI-tekniken (Automated Optical Inspection), som är en viktig kvalitetskontrollmetod i modern tillverkning, har expanderat från traditionell SMT-elektroniktillverkning till olika områden som LCD-paneler, halvledarförpackningar, fordonselektronik och biomedicin. Dess kärnvärde ligger i kombinationen av optisk avbildning med hög precision (±15 μm) och intelligenta algoritmer (t.ex. djupinlärning) för att realisera automatisk detektering av lödfogdefekter, komponentplaceringsfel och polaritetsproblem, och samtidigt länka till MES-systemet för att bilda en sluten dataslinga för att främja uppgraderingen av intelligent tillverkning. I framtiden kommer AOI att integreras djupt med röntgen och AI-förutsägbart underhåll för att ytterligare bryta igenom detektionsgränsen och bli en oumbärlig "kvalitetsvaktmästare" i Industri 4.0-eran.