AOI, czyli automatyczna inspekcja optyczna, wykrywa widoczne wady montażu płytek PCB: brak lub przesunięcie elementu, błędną polaryzację oraz wybrane nieprawidłowości spoin lutowniczych. Kamery, oświetlenie i oprogramowanie oceniają obraz płytki według wzorca lub ustalonych reguł. Kontrola nie wymaga zasilania płytki ani specjalnego przyrządu testowego, ale nie mierzy parametrów elektrycznych i nie potwierdza działania urządzenia.
Jak działa test AOI i po co stosuje się go w produkcji?
W gęstym montażu powierzchniowym trudno ocenić każdy element i każde dostępne połączenie wyłącznie wzrokowo. AOI porządkuje tę kontrolę: rejestruje obraz wskazanych obszarów i sprawdza cechy zapisane w programie inspekcji. Ocenie mogą podlegać obecność elementu, jego położenie, orientacja oraz widoczny kształt spoiny. Znaczenie ma więc zarówno układ optyczny, jak i poprawne przygotowanie programu dla danego zespołu.
W prototypach taka kontrola pomaga sprawdzić zgodność montażu z dokumentacją. W produkcji seryjnej pozwala również obserwować powtarzające się nieprawidłowości. Jeśli kolejne płytki mają wadę w tym samym miejscu, wynik inspekcji jest wskazówką do sprawdzenia procesu. Sam obraz nie rozstrzyga jednak, czy przyczyną jest druk pasty, ustawienie automatu montażowego, czy przebieg lutowania. Wymaga to dalszej analizy.
Jakie wady wykrywa AOI, a czego nie zobaczy?
Zakres wykrywanych wad zależy od etapu produkcji i tego, co znajduje się w polu widzenia kamer. Po lutowaniu rozpływowym AOI może wskazać:
- brak elementu, jego przesunięcie lub błędną polaryzację;
- element ustawiony pionowo, czyli efekt nagrobkowy;
- uniesione wyprowadzenia;
- mostki lutownicze między widocznymi połączeniami;
- nieprawidłowy wygląd dostępnego optycznie menisku spoiny.
Trzeba odróżnić ocenę wyglądu połączenia od sprawdzenia jego właściwości elektrycznych. Widoczny mostek lutowniczy może zostać wykryty przez kamerę, lecz AOI nie wykonuje pomiaru zwarcia ani ciągłości obwodu. Prawidłowy obraz płytki nie jest zatem dowodem jej sprawności.
AOI nie ocenia warstw wewnętrznych PCB ani spoin ukrytych pod obudowami BGA i QFN. Do kontroli pustek lub mostków lutowniczych pod takimi elementami potrzebna jest inspekcja rentgenowska. Dodatkowe kamery skośne pomagają oglądać dostępne powierzchnie z boku, ale nie pozwalają zajrzeć przez obudowę.
Gdzie umieścić inspekcję na linii SMT?
Spotyka się cztery konfiguracje kontroli optycznej: po druku pasty, przed lutowaniem rozpływowym, po lutowaniu lub w kilku miejscach linii. Najczęściej AOI pracuje po lutowaniu, gdy można już ocenić ostateczny wygląd spoin. Kontrola wcześniejszych etapów odpowiada na inne pytania i nie zastępuje tej oceny.
| Etap kontroli | Co jest oceniane? | O czym trzeba pamiętać? |
|---|---|---|
| Po druku pasty lutowniczej | Naniesiona pasta, zwykle za pomocą inspekcji SPI z pomiarem 3D. | Jest to kontrola pasty, a nie gotowego połączenia lutowanego. |
| Przed lutowaniem rozpływowym | Obecność, położenie i polaryzacja zamontowanych elementów. | Nie można jeszcze ocenić końcowej spoiny. |
| Po lutowaniu rozpływowym | Montaż elementów oraz wygląd widocznych spoin. | Połączenia zasłonięte przez obudowy pozostają poza zasięgiem AOI. |
| Kontrola na kilku etapach | Pasta, ułożenie elementów i wynik lutowania na odpowiednich stanowiskach. | Każde stanowisko potrzebuje kryteriów właściwych dla danego etapu. |
Przed lutowaniem można wykryć brak elementu lub jego niewłaściwą orientację i skierować płytkę do poprawy. Nie należy jednak opisywać tego wyniku jako potwierdzenia jakości lutowania: pasta nie przeszła jeszcze procesu rozpływu. Przy ustalaniu planu kontroli trzeba jasno określić, jaki rodzaj błędu ma wychwytywać każde stanowisko.
Dlaczego oświetlenie ma tak duże znaczenie?
Kamera analizuje światło odbite od powierzchni elementów i lutu. Zmiana kierunku albo barwy oświetlenia może uwidocznić cechę, która przy innym ustawieniu jest słabo rozpoznawalna. Dobór światła stanowi więc część przygotowania inspekcji, a nie jedynie ustawienie jasności obrazu.
W AOI stosuje się światło białe, czerwone oświetlenie współosiowe oraz wielokolorowe oświetlenie RGB. Światło czerwone może pomagać w uwidocznieniu elementu stojącego pionowo. W układach RGB diody LED oświetlają płytkę pod różnymi kątami, a odbicia pomagają ocenić kształt spoiny. To właśnie geometria odbić dostarcza informacji przydatnych w analizie obrazu. Nie oznacza to jednak, że sam dobór koloru światła wystarczy do oceny każdego połączenia.
Kamery 2D, widoki skośne i pomiar 3D
Klasyczny system 2D korzysta z kamery patrzącej prostopadle na płytkę. Taki widok pozwala oceniać rozmieszczenie elementów i dostępne od góry fragmenty połączeń. Gdy wyprowadzenie lub część spoiny jest zasłonięta, pomocne mogą być obrazy z innych kierunków.
Przykładowa konfiguracja wielokątowa obejmuje kamerę prostopadłą i cztery kamery skośne, czyli łącznie pięć kamer. Widoki boczne ułatwiają ocenę wyprowadzeń i obszarów niewidocznych z góry. Nie jest to jednak obowiązkowa budowa każdego urządzenia AOI. Pomiar wysokości w systemach 3D wykorzystuje laser, metodę mory lub połączenie obu rozwiązań. Przy doborze systemu warto osobno rozpatrywać dostępność widoków skośnych i możliwość pomiaru wysokości, ponieważ odpowiadają one na różne potrzeby kontroli.
AOI a ICT, ruchome sondy i test funkcjonalny
Plan kontroli powinien uwzględniać zarówno wady widoczne, jak i nieprawidłowości elektryczne. Metody te uzupełniają się, ponieważ każda dostarcza innych informacji o płytce.
| Metoda | Główne zastosowanie | Wymagania i ograniczenia |
|---|---|---|
| AOI | Optyczna ocena widocznych wad montażu i spoin. | Bez kontaktu elektrycznego; brak oceny funkcji urządzenia. |
| Inspekcja rentgenowska, w wersji automatycznej AXI | Ocena ukrytych połączeń, w tym pod BGA i QFN. | Uzupełnia obraz optyczny, lecz nie zastępuje testu elektrycznego. |
| ICT | Sprawdzanie wartości elementów, zwarć, przerw i polaryzacji. | Wymaga punktów testowych oraz dedykowanego adaptera igłowego. |
| Test ruchomymi sondami | Elektryczna kontrola prototypów i małych serii. | Bez dedykowanego adaptera; wolniejszy od ICT, z ograniczonym dostępem do sieci pod BGA i QFN. |
| Test funkcjonalny FCT | Sprawdzenie działania całego urządzenia. | Weryfikuje funkcję; nie zawsze wskazuje dokładne miejsce wady. |
Przykładowo poprawne ułożenie obudowy BGA widoczne w AOI nie rozstrzyga o stanie połączeń pod nią. Z kolei prawidłowy wygląd spoin dostępnych dla kamery nie potwierdza wartości zamontowanych elementów. Dlatego wynik inspekcji należy interpretować w granicach jej rzeczywistego zakresu.
Jakie kryteria oceny stosować: IPC-A-610 czy IPC-A-600?
AOI jest narzędziem pomiaru i analizy obrazu. Kryteria akceptacji zmontowanych zespołów elektronicznych zwykle wynikają z IPC-A-610. Dla płytek niezmontowanych właściwym punktem odniesienia jest IPC-A-600. Tych dokumentów nie należy traktować zamiennie.
| Dokument | Zakres | Znaczenie dla kontroli |
|---|---|---|
| IPC-A-610 | Kryteria akceptacji zespołów elektronicznych; klasy 1, 2 i 3. | Punkt odniesienia przy ustalaniu oceny montażu i widocznych spoin. |
| IPC-A-600 | Kryteria akceptacji niezmontowanych płytek drukowanych. | Dotyczy jakości samej płytki, przed montażem elementów. |
Przed przygotowaniem programu kontroli trzeba ustalić właściwe wymagania i klasę wyrobu. Sam fakt przejścia przez AOI nie jest deklaracją spełnienia wszystkich kryteriów danego dokumentu. Inspekcja obejmuje tylko cechy dostępne dla zastosowanego układu optycznego i zapisane w programie.
Jak interpretować fałszywe alarmy i obliczać DPMO?
Fałszywy alarm oznacza, że system zgłosił wadę, mimo że oceniany obszar jest poprawny. Przeoczenie występuje wtedy, gdy rzeczywista wada nie zostanie wykryta. Zbyt ostre progi zwiększają liczbę fałszywych alarmów, a zbyt łagodne mogą prowadzić do przeoczeń. Sam spadek liczby zgłoszeń nie dowodzi więc poprawy kontroli.
Przykład obliczeniowy udziału fałszywych alarmów — wartości założone. Przy założeniu, że AOI zgłosiło 40 alarmów, a operator potwierdził 30 rzeczywistych wad, liczba fałszywych alarmów wynosi 40 − 30 = 10. Ich udział wśród wszystkich zgłoszeń to 10 / 40 = 25 %. Ten wynik dotyczy alarmów, a nie odsetka wadliwych płytek. Nie jest również dopuszczalnym progiem dla dowolnego procesu.
DPMO opisuje liczbę wad przypadającą na milion możliwości wystąpienia wady. Do obliczenia trzeba znać liczbę rzeczywistych wad oraz łączną liczbę ocenianych możliwości. Nie należy wstawiać do wzoru wszystkich alarmów AOI bez ich weryfikacji.
Wzór: DPMO = liczba wad / liczba możliwości wystąpienia wady × 1 000 000.
Przykład obliczeniowy DPMO — wartości założone. Przyjmijmy 300 płytek oraz 2000 możliwości wystąpienia wady na płytkę, obejmujących pola lutownicze, elementy i wyprowadzenia. Łącznie daje to 300 × 2000 = 600 000 możliwości. Przy wykryciu 45 wad otrzymujemy DPMO = 45 / 600 000 × 1 000 000 = 75.
Jest to przykład rachunkowy, a nie wynik pomiarów produkcyjnych. Przy porównywaniu partii należy zachować ten sam sposób definiowania możliwości wystąpienia wady. W przeciwnym razie zmiana DPMO może wynikać ze zmiany sposobu liczenia.
Lista kontrolna przed uruchomieniem AOI
Program inspekcji powinien odpowiadać konkretnej płytce, etapowi montażu i uzgodnionym kryteriom. Przed rozpoczęciem kontroli warto przejść przez następujące punkty:
- Określ cel stanowiska. Rozdziel kontrolę pasty, ułożenia elementów i gotowych spoin.
- Sprawdź widoczność. Wskaż połączenia dostępne z góry, wymagające widoków skośnych oraz ukryte pod obudowami.
- Ustal kryteria. Dobierz właściwy dokument IPC i wymagania dotyczące ocenianego zespołu.
- Dobierz światło i obrazowanie. Sprawdź, czy w obrazie da się rozpoznać cechy podlegające ocenie.
- Zweryfikuj alarmy. Oddziel rzeczywiste wady od poprawnych cech błędnie zakwalifikowanych przez program.
- Oceń skutki zmiany progów. Ograniczenie fałszywych alarmów nie powinno odbywać się kosztem przeoczonych wad.
- Uzupełnij plan badań. Przewidź inspekcję rentgenowską dla ukrytych spoin oraz odpowiednie testy elektryczne i funkcjonalne.
FAQ — najczęstsze pytania o test AOI
Czy AOI wymaga uruchomienia płytki?
Nie. Inspekcja wykorzystuje obraz, dlatego nie wymaga zasilania płytki ani kontaktu z punktami testowymi. Z tego samego powodu nie potwierdza działania układu i nie mierzy wartości elementów.
Czy AOI przed lutowaniem wystarcza do oceny spoin?
Nie. Przed lutowaniem można sprawdzić obecność, położenie i orientację elementów. Ostateczny kształt spoin powstaje dopiero podczas lutowania rozpływowego i wymaga kontroli po tym etapie.
Czy system 3D zobaczy połączenia pod BGA?
Nie. Pomiar wysokości i widoki skośne nie usuwają ograniczenia wynikającego z zasłonięcia spoin przez obudowę. Do oceny ukrytych połączeń stosuje się inspekcję rentgenowską.
Czy każdy alarm oznacza konieczność naprawy?
Nie. Alarm wymaga oceny według przyjętych kryteriów. Może wskazywać rzeczywistą wadę albo poprawny montaż błędnie odrzucony przez program. W statystykach należy rozdzielać te przypadki.
Podsumowanie
AOI pozwala oceniać widoczne cechy montażu i spoin, pod warunkiem właściwego doboru etapu kontroli, oświetlenia oraz kryteriów. Wyniki warto analizować razem z potwierdzonymi wadami i fałszywymi alarmami. Kompletny plan kontroli uwzględnia także połączenia ukryte przed kamerą oraz działanie elektryczne urządzenia.
