Was ist automatisierte optische Inspektion?

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Wenn Sie Leiterplatten (PCBs) in Ihren Projekten verwenden, müssen Sie sicher sein, dass sie gut funktionieren und Ihre Kunden glücklich machen. Es ist wichtig, eine zuverlässige Möglichkeit zu haben, PCBs auf Fehler zu testen und sicherzustellen, dass sie wie beabsichtigt funktionieren.

Leiterplatten werden immer kleiner und komplexer – heutige Leiterplatten können Tausende von Lötstellen und eine Vielzahl winziger Komponenten enthalten. Diese erhöhte Komplexität kann zu einer größeren Fehlerwahrscheinlichkeit führen. Wenn eine standardmäßige Sichtprüfung nicht ausreicht, um winzige Fehler in einer dicht bestückten Platine zu erkennen, helfen Techniken wie die automatisierte optische Inspektion (AOI), bessere Einblicke und Genauigkeit zu bieten.

Wie definieren wir automatisierte optische Inspektion?

Wie definieren wir AOI? Die automatisierte optische Inspektion ist eine visuelle Inspektion fertiger Leiterplatten mit einem Maschinenscanner, der Lichtbildgebung verwendet. Es bewertet die Qualität der Verarbeitung, um sicherzustellen, dass die Leiterplatten für den Kauf und die Verwendung geeignet sind.

Ein AOI-System enthält typischerweise viele Lichtquellen und mehrere Kameras, manchmal auch Videokameras. Die Lichtquellen beleuchten eine Leiterplatte aus verschiedenen Winkeln und die Kameras nehmen Bilder oder Videos auf, um ein umfassendes Bild zur Beurteilung zu erstellen.

Die AOI-Messung verwendet im Allgemeinen einen Maschinenscanner, um das Gerät autonom zu scannen, ohne dass eine menschliche Sichtprüfung erforderlich ist. Der Scanner kann auf Fehler prüfen, die zu einem katastrophalen Ausfall führen könnten – wie das Fehlen einer kritischen Komponente – und er kann auch auf kleinere Fehler testen, die die Qualität und Leistung der Leiterplatte beeinträchtigen würden. Diese kleineren Defekte können Probleme wie leicht falsch ausgerichtete Komponenten oder Lötstellen umfassen, die die falsche Größe oder Form bilden.

AOI ist in vielen verschiedenen Produktionsstufen nützlich. Es eignet sich gut für die Inspektion von unbestückten Leiterplatten, Lötpasten, Pre-Reflow und Post-Reflow. Jede dieser Phasen kann Fehler in das Design einer Leiterplatte einbringen, und AOI hilft dabei, sie zu erkennen, bevor die Produktion auf einer fehlerhaften Leiterplatte fortgesetzt wird.

Praktisch gesehen findet der größte Teil der AOI jedoch in der Postproduktion statt. Der Grund dafür ist, dass AOI ein einziges System verwenden kann, um gleichzeitig auf viele Arten von Fehlern zu prüfen. Eine umfassende Inspektion nimmt weniger Zeit in Anspruch als die Inspektion nach jedem Schritt im Prozess. Die Verwendung von AOI als Endkontrolle hilft der Produktion schneller voranzukommen und ermöglicht eine höhere Produktivität und Termintreue. Und wenn AOI in der Postproduktionsphase Mängel aufdeckt, können die defekten Platinen zur Nachbearbeitung zurückgehen, während die restlichen Platinen weiterbearbeitet werden.

Die Rolle von AOI

AOI spielt eine entscheidende Rolle in der Leiterplattenproduktion. Es stellt sicher, dass jede Platine die hohe Leistung erbringt, die in komplexen elektrischen Anwendungen erforderlich ist.

Wenn AOI einen Fehler in einer Leiterplatte entdeckt, markiert es die Platine, damit sie zur Reparatur zurückkehrt. Dieser Vorgang kann auf verschiedene Arten erfolgen. Die Ergebnisse von AOI können bestimmte Einrichtungsanforderungen nicht erfüllen – beispielsweise eine Anforderung, dass alle Leitungen auf einer Platine eine bestimmte Größe überschreiten müssen. In diesem Fall können Menschen die Ergebnisse überprüfen und bestimmen, welche Platinen zur weiteren Arbeit zurückkehren sollen. Oder AOI kann die reale Leiterplatte mit einem CAD-Bild (Computer-Assisted Design) einer perfekten Leiterplatte vergleichen. AOI kann automatisch Stellen erkennen, an denen das tatsächliche Board vom idealen Design abweicht, und es zur Überarbeitung markieren.

AOI bietet die folgenden Vorteile für die Leiterplattenproduktion:

• Qualität sicherstellen: Mit AOI können Sie sicher sein, dass Ihre PCB-Produkte wie beabsichtigt funktionieren. Die Sicherstellung der Qualität Ihrer Produkte hilft Ihnen, die Kundenzufriedenheit zu steigern, Ihren Ruf in der Branche zu verbessern und Ihnen Gewissheit über den Wert der Dienstleistungen zu geben, die Sie Ihren Kunden bieten.
• Evaluieren eines komplexen Boards: Wenn eines unserer Boards bei Millenium Circuits mehr als 100 Komponenten enthält, wird es automatisch AOI unterzogen. AOI kann komplizierte Platinendesigns mit einer Genauigkeit prüfen, die das menschliche Auge nicht erreichen kann.
• Verbesserung von Prozessen: Wenn Fehler aus fehlerhaften Prozessen resultieren, kann Ihnen das sofortige Erkennen der Fehler über AOI helfen, Fehlermuster zu erkennen und Ihre Prozesse anzupassen, bevor Sie Tausende von Leiterplatten mit denselben Fehlern produzieren. Eine kürzlich im International Journal of Engineering and Advanced Technology veröffentlichte Studie berichtet, dass das Erkennen eines Fehlers in einer kürzlich bestückten Platine nur 10-mal teurer ist als das Erkennen eines Fehlers in einer unbestückten Platine, aber das Finden eines Fehlers in einer Platine, die bereits im Einsatz ist Die Nutzung ist 1.000-mal teurer. Das frühzeitige Erkennen von Fehlern minimiert die Wahrscheinlichkeit zukünftiger Nacharbeiten und macht Ihre Produktionsabläufe effizienter.
• Anpassbarkeit: AOI ist ein automatisierter Prozess, aber der Bediener kann die Parameter einstellen, um dem Scanner mitzuteilen, worauf er prüfen soll. Wenn sich Ihre Designspezifikationen ändern, können Sie Ihre Einstellungen ganz einfach anpassen, um die Fehler zu erkennen, die Sie finden müssen.

Was für AOI-Bewertungen

Nachfolgend sind einige der Faktoren aufgeführt, die während einer AOI überprüft werden:

Lötfehler

Beim Löten wird eine Legierung mit niedriger Schmelztemperatur, üblicherweise Zinn und Blei oder eine bleifreie Legierung, verwendet, um die Metallkomponenten einer Leiterplatte zu verbinden. Der Prozess ähnelt dem Schweißen, außer dass die Metallkomponenten nicht schmelzen. Lötfehler treten auf, wenn die Verbindungen zwischen zwei Metallkomponenten nicht so hergestellt werden, wie sie sollten.

Nachfolgend sind einige häufige Lötfehler aufgeführt, auf die AOI prüfen kann:

1. Unterbrechungen

Offene Schaltkreise in einer Leiterplatte sind relativ häufige Fehler und problematisch, da ein unvollständiger Schaltkreis verhindert, dass der elektrische Strom fließt. Wenn ein Stromkreis offen ist, funktioniert die Platine nicht richtig.

Offene Schaltkreise können aufgrund von unsachgemäß geformten Durchkontaktierungen und Leiterbahnen oder aufgrund von Lötstellen entstehen, die ihre Ziele nicht erreichen. Eine Sichtprüfung oder Röntgenbildgebung kann manchmal einen offensichtlichen offenen Stromkreis erkennen, aber AOI kann sogar leicht offene Stromkreise erkennen und kennzeichnen, dass die Platine zum ordnungsgemäßen Schließen des Stromkreises zurückgeschickt wird.

2. Lötbrücken oder Lötkurzschlüsse

Lötbrücken entstehen, wenn Lötmittel zwei Komponenten auf einer Leiterplatte verbindet, die nicht elektrisch verbunden werden sollen. Diese Brücken können sich bilden, wenn bei der Platinenherstellung zu viel Lot verwendet wird oder wenn Lot in einen Bereich der Platine sickert, der lotfrei bleiben soll.

Lötbrücken treten häufig auf, wenn sich das Lötmittel nicht von seinen Anschlüssen löst, bevor es sich verfestigt. Die Leitungen sind die Metallpads, die dazu bestimmt sind, zwei Stellen auf der Platine zu verbinden. Das Lötmittel kann sich möglicherweise nicht trennen, weil die Anschlussdrähte so groß sind oder weil sie zu viel Paste auf die Platine kleben oder weil der Abstand der Platine extrem flach ist.

Lötbrücken sind problematisch, da sie den beabsichtigten Stromfluss durch die Platine stören. Sie können Kurzschlüsse verursachen oder kritische Komponenten oder Spuren auf der Platine verbrennen. Sie sind auch bekanntermaßen mit bloßem Auge schwer zu erkennen – selbst mikroskopisch kleine Lotaustritte können zur Bildung einer Lotbrücke führen. Glücklicherweise kann das AOI-Scannen sogar winzige Lötbrücken erkennen und die fehlerhaften Platinen zur Reparatur zurücksenden.

3. Unzureichendes Lot

Eine unzureichende Lötstelle entsteht, wenn der Produktionsprozess zu wenig Lot verwendet, um verschiedene Komponenten mit der Platine zu verbinden. Manchmal verbindet das Lötmittel die Komponenten nicht vollständig – diese Situationen werden als Lötaussetzer bezeichnet.

Wenn die unzureichend gelöteten Komponentenverbindungen instabil sind, bilden sie möglicherweise keine stabilen elektrischen Verbindungen, sodass die Leistung der Platine schlecht ist. Und wenn die Lotmenge so gering ist, dass sie die Komponenten auf der Platine nicht halten kann, werden auf der Platine Teile fehlen, was höchstwahrscheinlich zu einem katastrophalen Ausfall führen wird. Ein AOI kann die Lotmenge auf jeder Komponente scannen und notieren oder die Platine mit einem korrekten Bild vergleichen, um festzustellen, ob die Platine neu gelötet werden muss.

4. Überschüssiges Lot

Überschüssiges Lot tritt auf, wenn das Gegenteil passiert – der Produktionsprozess bringt zu viel Lot auf die Platine. Es tritt manchmal auf, weil die verwendeten Lötspitzen zu breit sind, oder es kann durch übermäßiges Auftragen entstehen.

Überschüssiges Lot kann viele Probleme verursachen, einschließlich Fehlbildungen wie Lötbrücken. Wenn die Produktion zu viel Lot auf einen Pin auf der Platine aufträgt, kann es auch zu einer großen runden Lötkugel kommen, die es schwierig macht zu sagen, ob der Pin ausreichend benetzt ist, um auf der Platine zu haften.

Lötkugeln sind aufgrund ihrer Größe relativ leicht zu erkennen, aber ein menschlicher Prüfer kann eine übersehen, nachdem er sich Dutzende nahezu identischer Platinen angesehen hat. Ein guter AOI-Scanner kann überschüssiges Lot leicht erkennen und die Platine zur Nachbearbeitung mit einem Lötsauger oder Lötdocht zurücksenden.

Komponentendefekte

Komponentendefekte sind Fehler in den kleinen Funktionsteilen, die an einer Platine angebracht sind. Im Folgenden sind einige häufige Komponentendefekte auf PCBs aufgeführt:

1. Angehobene Führung

Eine abgehobene Leitung tritt auf, wenn eines der winzigen Metallpads auf einer Leiterplatte nicht richtig haftet. Manchmal kommt es aufgrund von übermäßiger Hitze oder Handhabung während der Produktion oder aufgrund einer Biegung der Platine zu einem angehobenen Anschluss. Andere Male tritt es auf, wenn Leitungen zu lang sind und ansteigen, wenn sie mit Lot in Kontakt kommen.

Angehobene Leitungen sind problematisch, weil sie instabil sind. Die Pads auf Ihrer Platine ermöglichen es den Pins, sich mit der darunter liegenden Kupferplatte zu verbinden, aber wenn sich die Leitung abhebt, können die Pins nicht die richtigen Verbindungen herstellen. Fehlende Verbindungen können zu Komponentenausfällen führen und die Leistung der Platine beeinträchtigen.

2. Fehlende Komponenten

Einer Leiterplatte kann aus verschiedenen Gründen eine Komponente fehlen. Unzureichendes Löten kann zu fehlenden Komponenten führen oder der Produktionsprozess kann ein notwendiges Teil überspringen.

Eine fehlende Komponente ist ein schwerwiegender Fehler auf einer Leiterplatte – sie kann wahrscheinlich zu einem katastrophalen Ausfall führen. Das menschliche Auge kann fehlende Teile bemerken, aber da dies ein so folgenschwerer Fehler ist, ist ein zuverlässiger AOI-Scanner entscheidend, um Leiterplatten mit fehlenden Komponenten zu erkennen, bevor sie zum Verbraucher gelangen.

3. Falsch ausgerichtete oder falsch platzierte Komponente

Eine Fehlausrichtung oder Fehlplatzierung kann auftreten, wenn der Produktionsprozess Komponenten falsch platziert oder wenn sich Komponenten nach der Platzierung verschieben. Komponentenverschiebungen sind während des Reflow-Prozesses üblich, da sich Teile leicht auf geschmolzenem Lot bewegen können – die Oberflächenspannung des Lots bedeutet, dass Komponenten leicht gleiten können.

Bei einer falsch ausgerichteten oder falsch platzierten Komponente funktioniert die Leiterplatte möglicherweise immer noch, aber sie arbeitet möglicherweise träge. Oder es könnte überhaupt nicht funktionieren. Fehlausrichtungen sind möglicherweise zu gering, um sie mit bloßem Auge zu erkennen, daher ist ein zuverlässiger AOI-Scanner unerlässlich, um diese Fehler zu erkennen.

Wie schneidet AOI im Vergleich zu anderen Inspektionsmethoden ab?

Im Vergleich zu anderen Verfahren bietet AOI mehrere Vorteile für die Fehlererkennung in Leiterplatten. Nachfolgend finden Sie eine Aufschlüsselung, wie AOI im Vergleich zu anderen Inspektionsmethoden abschneidet:

1. Automatisierte Röntgeninspektion (AXI)

AXI verwendet Röntgenstrahlen anstelle von Lichtbildgebung, um die Leiterplatten zu inspizieren. Unternehmen nutzen AXI häufig, um besonders komplexe oder dicht bebaute Platinen zu evaluieren. Der Grund dafür ist, dass Röntgenstrahlen durch die Materialien wandern, um sie abzubilden. Da das für AOI verwendete Licht von Oberflächen reflektiert wird, ist es möglich, dass eine Komponente eine andere blockiert. Ein Röntgenstrahl wandert jedoch durch verschiedene Materialschichten und bildet sie alle genau ab.

AXI ist eine neue, ausgeklügelte Technologie, und ihr Hauptnachteil sind ihre Kosten. Da AXI so kostspielig ist, lohnt es sich oft nicht, es zu verwenden, außer bei besonders komplizierten oder stark geclusterten Boards.

2. Automatische Lasertestmessung (ALT)

Die ALT-Messung verwendet Laser anstelle der herkömmlichen Lichtbildgebung, um Leiterplatten zu scannen und zu messen. Da das Licht der Laser von den PCB-Komponenten reflektiert wird, verwendet das ALT-System die Positionen der Laser, um die Position und Höhe verschiedener Komponenten zu bestimmen und ihr Reflexionsvermögen zu bewerten. Wie bei AOI kann das ALT-System die empirischen Messungen mit einem Schema oder einer Reihe von Spezifikationen vergleichen, um Fehler zu erkennen.

Die ALT-Messung ist besonders nützlich, um die Position und Menge der Lötpaste zu bewerten, obwohl Interferenzen die Messungen manchmal ungenau machen können.

3. In-Circuit-Tests (ICT)

In-Circuit-Tests verwenden eine elektrische Sonde, um zu bewerten, wie eine bestückte Leiterplatte funktionieren wird. Es verwendet einen elektrischen Strom, um zu überprüfen, ob jede Komponente vorhanden ist und ordnungsgemäß funktioniert. Es testet auf Kurzschlüsse und Unterbrechungen und bewertet wesentliche elektrische Eigenschaften wie Kapazität und Widerstand.

Da es eher elektrischen Strom als Bildgebung verwendet, liefert ICT tendenziell eingeschränktere Lötinformationen als AOI. Es kann die Qualität elektrischer Komponenten bewerten und Informationen über Lötfehler liefern, die sich auf Schaltkreise auswirken, aber es kann nicht viele Details zu unzureichendem oder übermäßigem Lötmittel liefern.

AOI ist im Allgemeinen zuverlässiger als In-Circuit-Tests, insbesondere für kleinere PCBs, die heute entwickelt werden.

4. Manuelle Sichtprüfung (MVI)

Die meisten Leiterplattenhersteller ziehen die AOI der manuellen Sichtprüfung vor, da die Leiterplatten bei der AOI nicht berührt werden müssen. Ein menschlicher Prüfer muss die Platinen handhaben, und die Handhabung könnte Defekte in eine ansonsten perfekte Platine einführen. AOI kann Leiterplatten scannen, ohne ihre empfindlichen Komponenten zu stören und ihre strukturelle Integrität zu bewahren.

AOI ist auch zuverlässiger als menschliche Sichtprüfung. Eine Person kann leicht einen kleinen Fehler in der Leiterplatte übersehen. Aber AOI kann selbst die kleinsten Fehler abfangen. Seine rigorose Schärfe lässt nie nach, er kann die Platte detaillierter scannen, als es das menschliche Auge zulässt, und er ist in allen Phasen des Produktionsprozesses durchgehend zuverlässig.

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