Integralna część montażu płytek PCB - automatyczna kontrola optyczna

Pożądaną przez klienta sytuacją byłoby dostarczenie partii produktów bez żadnych błędnych egzemplarzy. Dlatego w praktyce korzysta się z wielu rozwiązań technologicznych związanych z kontrolą jakości. Jednym z takich systemów jest AOI, czyli automatyczna inspekcja optyczna. Pozwala ona na szybkie sprawdzanie poprawności montażu płytek PCB.

Rzetelna kontrola jakości niesie za sobą wiele korzyści, jak:

• Niższy koszt. Im szybciej uszkodzona część zostanie odkryta tym mniejszy będzie koszt jej naprawy.
• Zaufanie klientów. Aby budować trwałe relacje z klientami, koniecznie trzeba wyeliminować wadliwe sztuki z dostarczanych partii.
• Doskonalenie procesu produkcji. Weryfikacja powstających błędów umożliwia doskonalenie procesu, aby w przyszłości uzyskiwać więcej prawidłowo zmontowanych płytek, co przełoży się na lepsze wyniki finansowe.

Z tych powodów każdy proces montażu płytek powinien posiadać także systemy kontroli jak na przykład AOI.

Czym jest automatyczna kontrola optyczna?

Montaż płytek PCB jest złożonym procesem, w którym wykonuje się wiele różnych operacji. Kontrola prawidłowego przebiegu takiego montażu przez człowieka jest ograniczona powtarzalnością i ograniczeniami czasowymi. Na pomoc przychodzą systemy automatyczne. AOI pozwala w czasie rzeczywistym porównywać zmontowane płytki ze wzorcem w celu wychwycenia błędów. Wyróżnić można przy tym urządzenia służące do automatycznej inspekcji  optycznej 2D oraz 3D.

Starsze systemy 2D wykonywały zdjęcie gotowej płytki, a następnie porównywały je do zdjęcia wgranego w pamięć urządzenia jako wzorcowe. Na tej podstawie wychwytywały płytki odbiegające od normy. Dodatkowo wykonuje pomiary wektorowe, zwiększające efektywność kontroli jakości. W przypadku systemów 3D do wykonanego zdjęcia dochodzą dodatkowe pomiary laserem, co pozwala uzyskać przestrzenny obraz płytki PCBA. Zatem systemy trójwymiarowe są udoskonaloną wersją dwuwymiarowych, co pozwala im wykrywać błędy niemożliwe do znalezienia metodami 2D.

Z pomocą systemów AOI,  nie tylko montaż płytek PCB może odbywać się w pełni automatycznie, ale także ich kontrola. Pozwalają one na bieżącą kontrolę produkcji i wykrywanie błędów. Umożliwiają także wykonywanie analizy pass/fail. Wszystkie płytki uznane za źle wykonane przekierowywane są do kontrolera, który ostatecznie weryfikuje daną płytkę.

Jak działa automatyczna kontrola optyczna?

Jak już było wspomniane, pierwsza była automatyczna inspekcja optyczna 2D, która następnie rozwinęła się do trójwymiarowej. Już technologia 2D okazała się rewolucyjna w przypadku kontroli po montażu płytek PCB. Dlaczego? Umożliwiała bardzo szybką kontrolę produkcji w porównaniu do zwykłych pracowników. Umożliwiło to testowanie wszystkich montowanych płytek, a nie tylko wybranych próbek.

Maszyna wykonuje zdjęcie gotowej płytki, a następnie porównuje je do zapisanych w pamięci zdjęć komponentów. AOI 2D przyrównuje poszczególne piksele do siebie, dzięki czemu z łatwością wykrywa takie wady jak rotacja, polaryzacja, zmostkowanie, brak elementu lub niewłaściwy element na danym miejscu (różniący się wymiarowo). Bardziej zaawansowane modele potrafią też odczytać oznaczenia poszczególnych komponentów.

Zastosowanie lasera do tworzenia trójwymiarowych obrazów zmontowanych płytek pozwala ponadto wykrywać uniesienia, pochylenia, źle przylutowane wyprowadzenia czy efekt tombstone w przypadku chipów. Dzięki tak szerokiemu zakresowi testowania systemów AOI jest to doskonałe rozwiązanie przy montażu płytek PCBA.

Zalety AOI

Montaż płytek PCB aktualnie wymaga ciągłej kontroli w czasie rzeczywistym, realizowanej przez systemy automatycznej inspekcji optycznej. Takie rozwiązania są dziś stosowane powszechnie, ponieważ posiadają liczne zalety:

• Wykrywanie najmniejszych błędów. Komponenty stosowane przy montażu płytek PCB są coraz mniejsze. Aby uzyskać wystarczająco dużą czułość, system AOI musi posiadać dokładność subpikselową.
• Szybkie wykrywanie wadliwych płytek. Im szybciej system AOI zidentyfikuje wadliwe płytki, tym mniejszy będzie koszt ich naprawy. Nie dotyczy to jedynie pojedynczych sztuk. W przypadku błędów seryjnych, wyłapanie wady na jak najszybszym etapie jest kluczowe przy minimalizacji kosztów. Cały czas montowane są kolejne, potencjalnie wadliwe sztuki. Automatyczna kontrola jakości pozwala bardzo szybko taką produkcję przerwać i wprowadzić konieczne poprawki. 
• Elastyczność. Montaż płytek PCB to wieloetapowy proces. Automatyczna inspekcja optyczna może być stosowana na każdym etapie linii produkcyjnej, co zwiększa użyteczność tej technologii.
• System AOI dokładnie wykrywa określone i zaprogramowane błędy wykonane w czasie montażu płytek PCBA. Bardzo wysoka skuteczność jest z pewnością najważniejszą zaletą tego systemu.

Zastosowanie automatycznej inspekcji optycznej jest zatem bardzo korzystne przy montażu płytek PCB. Przekłada się to na wyeliminowanie błędów seryjnych we wczesnym etapie oraz eliminowanie praktycznie wszystkich wadliwych sztuk.

Dlaczego AOI jest integralną częścią montażu płytek PCB?

Dzięki zastosowaniu systemów AOI przy montażu płytek PCB można z dużą dokładnością pozycjonować poszczególne komponenty, aby określić, które płytki są wadliwe. Zmniejsza to koszt ich naprawy, oraz wyeliminować błędy seryjne na wczesnym etapie produkcji. Jednocześnie pozytywnie wpływa na jakość kolejnych partii towaru. System ten jest też bardzo szybki, co zwiększa możliwości produkcyjne oraz wydajność całego systemu. Elastyczność takich urządzeń, sterowanie światłem oraz możliwości zaprogramowania odpowiednich parametrów pozwala na optymalizację kontroli.

AOI zapewnia wysoki standard jakości, jednak nie jest w stanie wykryć wszystkich typów błędów popełnianych przy montażu płytek PCB. Dlatego też często jest stosowany wraz z innymi systemami jak:

• SPI (Solder Paste Inspection).
• AXI (Automated X-Ray Inspection).

Zastosowanie kilku systemów kontroli zapewnia najwyższą jakość produkowanych płytek. Umożliwia wykrycie wad niewidocznych gołym okiem.