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Inspección óptica automática, sistemas AOI

Inspección óptica automática, sistemas AOI

La inspección óptica automática o automatizada, AOI, es una técnica clave utilizada en la fabricación y prueba de placas de circuitos impresos electrónicos, PCB. La inspección óptica automática, AOI, permite una inspección rápida y precisa de los conjuntos electrónicos y, en particular, de los PCB para garantizar que la calidad del producto que sale de la línea de producción sea alta y que los artículos se construyan correctamente y sin fallas de fabricación.

Necesidad de AOI, inspección óptica automática

A pesar de las importantes mejoras que se han realizado, los circuitos modernos son mucho más complicados de lo que eran las tablas hace unos años. La introducción de la tecnología de montaje en superficie y las posteriores reducciones adicionales de tamaño significan que las placas son particularmente compactas. Incluso las placas relativamente promedio tienen miles de uniones soldadas, y aquí es donde se encuentran la mayoría de los problemas.

Este aumento en la complejidad de los tableros también significa que la inspección manual no es una opción viable en estos días. Incluso cuando era un enfoque aceptado, se advirtió que no era particularmente eficaz, ya que los inspectores pronto se cansaron y fácilmente se pasaron por alto las construcciones deficientes e incorrectas. Dado que el mercado ahora requiere un gran volumen de productos de alta calidad que se comercializan muy rápidamente, se necesitan métodos muy confiables y rápidos para garantizar que la calidad del producto siga siendo alta. AOI, la inspección óptica automática es una herramienta esencial en una estrategia de prueba electrónica integrada que garantiza que los costos se mantengan lo más bajos posible mediante la detección de fallas al principio de la línea de producción.

Una de las soluciones a esto es utilizar sistemas de inspección óptica automatizados o automáticos. Los sistemas de inspección óptica automatizados se pueden colocar en la línea de producción justo después del proceso de soldadura. De esta forma, se pueden utilizar para detectar problemas en las primeras etapas del proceso de producción. Esto tiene varias ventajas. Dado que las fallas cuestan más repararlas a medida que se encuentran en el proceso de producción, este es obviamente el lugar óptimo para encontrar fallas. Además, los problemas de proceso en el área de soldadura y ensamblaje se pueden ver al principio del proceso de producción y la información se utiliza para retroalimentar rápidamente a las etapas anteriores. De esta manera, una respuesta rápida puede garantizar que los problemas se reconozcan rápidamente y se rectifiquen antes de que se construyan demasiadas tarjetas con el mismo problema.


Comparación de las principales capacidades de detección de defectos de AOI, AXI e ICT
Tipo de defectoAOIAXITIC
Defectos de soldadura
Circuitos abiertosYYY
Puentes de soldaduraYYY
Pantalones cortos de soldaduraYYY
Soldadura insuficienteY (no el talón de la articulación)Ynorte
Vacío de soldaduranorteYnorte
Exceso de soldaduraYYnorte
Calidad de soldaduranorteYnorte
Defectos de componentes
Plomo levantadoYYY
Componente faltanteYYY
Componente desalineado o mal colocadoYYY
Valor de componente incorrectonortenorteY
Componente defectuosonortenorteY
Defectos de BGA y CSP
Pantalones cortos BGAnorteYY
Conexiones de circuito abierto BGAnorteYY

AOI, conceptos básicos de inspección óptica automática

AOI, los sistemas de inspección óptica automática utilizan métodos visuales para monitorear las placas de circuito impreso en busca de defectos. Son capaces de detectar una variedad de defectos en las características de la superficie, como nódulos, rayones y manchas, así como los defectos dimensionales más familiares, como circuitos abiertos, cortocircuitos y adelgazamiento de la soldadura. También pueden detectar componentes incorrectos, componentes faltantes y componentes colocados incorrectamente. Como tales, pueden realizar todas las comprobaciones visuales realizadas anteriormente por operadores manuales, y de forma mucho más rápida y precisa.

Lo logran escaneando visualmente la superficie del tablero. La placa es iluminada por varias fuentes de luz y se utilizan una o más cámaras de alta definición. De esta manera, la máquina AOI puede crear una imagen del tablero.

El sistema AOI de inspección óptica automatizada utiliza la imagen capturada que se procesa y luego se compara con el conocimiento que la máquina tiene de cómo debería ser la placa. Usando esta comparación, el sistema AOI puede detectar y resaltar cualquier defecto o área sospechosa.

AOI utiliza una serie de técnicas para proporcionar el análisis de si una placa es satisfactoria o tiene algún defecto:

  • Comparación de plantillas: Usando esta forma de proceso, el AOI, el sistema de inspección óptica automatizada compara la imagen obtenida con la imagen de un "tablero dorado".
  • La coincidencia de patrones: Usando estas técnicas, el sistema AOI almacena información de ensamblajes de PCB buenos y malos, haciendo coincidir la imagen obtenida con estos.
  • Coincidencia de patrones estadísticos: Este enfoque es muy similar al anterior, excepto que utiliza un método estadístico para abordar problemas. Al almacenar los resultados de varios tableros y varios tipos de fallas, puede acomodar desviaciones menores aceptables sin marcar errores.

Para construir la base de datos de lo que debería ser la placa, se utilizan tanto las placas de estado conocidas como la información de diseño de la PCB como se describe más adelante.

A medida que la tecnología ha mejorado, los sistemas AOI han podido predecir defectos con mucha precisión y tener una pequeña cantidad de escenarios sin defectos encontrados. Como tales, los sistemas AOI forman un elemento muy útil en un entorno de fabricación sofisticado.

Captura y análisis de imágenes AOI

Uno de los elementos clave de un sistema de inspección óptica automatizado AOI es el sistema de captura de imágenes. Esto captura una imagen de la placa de circuito impreso, conjunto de PCB que luego es analizada por el software de procesamiento dentro del sistema AOI. Hay muchas variantes del sistema de captura de imágenes que dependen de la aplicación exacta y la complejidad / costo del sistema AOI.

Los sistemas de imágenes pueden comprender una sola cámara o puede haber más de una para proporcionar mejores imágenes y la posibilidad de una capacidad 3D. Las cámaras también deberían poder moverse bajo el control del software. Esto les permitirá moverse a la posición óptima para un conjunto de PCB dado.

Además de esto, el tipo de cámara tiene un impacto en el rendimiento. La velocidad contra la precisión es un equilibrio que debe alcanzarse y que tendrá un impacto en el tipo de cámara utilizada:

  • Transmitiendo video: Un tipo de cámara que se utiliza para la inspección óptica automatizada, AOI, toma video en tiempo real del que se toman cuadros completos. El fotograma capturado permite entonces generar una imagen fija en la que se realiza el procesamiento de la señal. Este enfoque no es tan preciso como otros sistemas de imágenes fijas, pero tiene la ventaja de una velocidad muy alta.
  • Sistema de cámara de imagen fija: Por lo general, se coloca relativamente cerca de la PCB de destino y, como resultado, requiere un buen sistema de iluminación. También puede ser necesario poder mover la cámara bajo el control del software.

Al analizar una imagen de una placa, el sistema AOI busca una variedad de características específicas: ubicación de los componentes, tamaño de los componentes, fiduciales de la placa, patrones de etiquetas (por ejemplo, códigos de barras), color de fondo y reflectividad, etc. Como elemento importante de su tarea el sistema AOI también inspecciona las uniones soldadas para asegurarse de que indiquen que las uniones son satisfactorias.

Al analizar las placas, el sistema AOI debe tener en cuenta muchas variaciones entre las buenas placas. No solo los componentes varían considerablemente de tamaño entre lotes, sino también el color y la reflectividad. A menudo, también hay diferencias en la serigrafía donde el grosor de la tinta y el color de la tipografía pueden cambiar ligeramente.

Fuente de luz AOI

La iluminación es un elemento clave en el sistema AOI. Al elegir la fuente de iluminación correcta, es posible resaltar diferentes tipos de defectos con mayor facilidad. Con los avances que se han realizado en la tecnología de la iluminación en los últimos años, esto ha permitido utilizar la iluminación para mejorar las imágenes disponibles y, a su vez, esto permite que los defectos se resalten más fácilmente con una reducción resultante en el procesamiento requerido y un aumento en la velocidad y exactitud.

La mayoría de los sistemas AOI tienen un conjunto de iluminación definido. Esto dependerá de la operación requerida y de los tipos de productos a probar. Por lo general, se han optimizado para las condiciones previstas. Sin embargo, a veces puede ser necesaria alguna personalización, y siempre es útil comprender la iluminación.

Hay una variedad de tipos de iluminación disponibles:

  • Iluminación fluorescente: La iluminación fluorescente se usa ampliamente para AOI, aplicaciones de inspección óptica automatizada, ya que proporciona una forma efectiva de iluminación para ver defectos en PCB. El principal problema de la iluminación fluorescente para aplicaciones AOI es que las lámparas se degradan con el tiempo. Esto significa que el sistema de inspección óptica automatizada estará sujeto a niveles y calidad de luz en constante cambio.
  • Iluminación LED: El desarrollo de la iluminación LED ha significado que los sistemas de inspección óptica automatizados AOI pueden adoptar una forma de iluminación mucho más estable. Aunque la iluminación LED sufre una reducción en la salida de luz de los LED a lo largo del tiempo, esto se puede compensar aumentando la corriente. Utilizando iluminación LED, también se puede controlar el nivel de iluminación. Por lo tanto, los LED son una forma de iluminación mucho más satisfactoria que las luces fluorescentes o incandescentes que se usaban hace años.
  • Infrarrojos o ultravioleta: En algunas ocasiones, es posible que se requiera iluminación infrarroja o ultravioleta para mejorar ciertos defectos, o para permitir que se lleve a cabo una inspección óptica automatizada para revelar ciertos tipos de defectos.

Aparte de la forma de iluminación, el posicionamiento de la iluminación para un sistema de inspección óptica automática, AOI, es igualmente importante. Las fuentes de luz requieren un posicionamiento no solo para asegurar que todas las áreas estén bien iluminadas, lo cual es particularmente importante cuando ciertos componentes pueden proyectar sombras, sino también para resaltar defectos. Puede ser necesario un ajuste cuidadoso para diferentes conjuntos.

AOI, programación automática del sistema de inspección óptica

Para poder probar un conjunto de PCB utilizando AOI, inspección óptica automática, los detalles de una placa aceptable deben almacenarse dentro del sistema. Esta actividad de programación debe llevarse a cabo correctamente para que el sistema AOI sea capaz de detectar correctamente cualquier defecto en los conjuntos de PCB que atraviesan.

Hay varios métodos que se pueden utilizar para programar un sistema AOI:

  • Uso del "tablero dorado": Un método consiste en proporcionar una placa en buen estado conocida como objetivo para el uso del sistema de inspección óptica automática AOI. Esto se pasa a través del sistema para que pueda aprender los atributos relevantes. Observará los componentes, los perfiles de soldadura de cada unión y muchos otros aspectos. Para proporcionar al sistema suficientes datos de variación, a menudo se requieren varias placas.
  • Programación basada en algoritmos: Los datos de PCB se proporcionan al sistema y luego genera su propio perfil para la placa. Este esquema también requerirá tableros reales, pero generalmente se requieren menos.

Ambos sistemas tienen ventajas y desventajas. Es un equilibrio entre el tiempo de configuración, el mantenimiento, la precisión y los requisitos del sistema de inspección óptica automatizado AOI en particular. Normalmente, los requisitos dependerán en gran medida de la máquina en uso.

Es fundamental que cualquier área de fabricación de placas de circuito impreso pueda comprobar la calidad de las placas que salen del final de la línea. Solo de esta manera pueden monitorear la calidad y cuando se detectan problemas rectificar el proceso para que otros tableros no se vean afectados por los mismos problemas. De esta manera, la inspección óptica automática y, cuando sea necesario, la inspección por rayos X son dos herramientas esenciales para la industria manufacturera.

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