La inspección óptica automatizada (AOI) es el principal método sin contacto para verificar la calidad del ensamblaje de la placa de circuito impreso (PCBA) comparando las imágenes capturadas con parámetros definidos o una "placa dorada". Sirve como un guardián crítico en las líneas de tecnología de montaje en superficie (SMT), detectando defectos como componentes torcidos, piezas faltantes y puentes de soldadura antes de que las placas pasen a pruebas funcionales. Dominar los conceptos básicos de AOI garantiza que los fabricantes detecten temprano el 90% o más de los defectos visibles, lo que reduce los costos de retrabajo y previene fallas en el campo.
Respuesta rápida (30 segundos)
- Regla básica: El desplazamiento del componente no debe exceder el 50% del ancho de la plataforma para IPC Clase 2, o el 25% para IPC Clase 3.
- Rango crítico: La resolución de la cámara debe establecerse entre 10 µm y 15 µm por píxel para inspeccionar de manera confiable los componentes 0201 o 01005.
- Error común: Depender únicamente de AOI 2D para la inspección BGA; 2D no puede ver las uniones de soldadura ocultas debajo del cuerpo del paquete.
- Verificación: Utilice un tablero de defectos conocidos (artefacto de verificación) con al menos 10 tipos de errores simulados (por ejemplo, desecho, corto, faltante) para validar la detección de la máquina diariamente.
- Caso límite: Los componentes altamente reflectantes (como ciertos LED o latas de metal) a menudo provocan llamadas falsas debido al resplandor de la iluminación; utilice iluminación polarizada o 3D AOI para compensar.
- Consejo de DFM: Asegúrese de que las huellas de los componentes en los datos CAD coincidan exactamente con las piezas físicas; una discrepancia de 0,5 mm en la definición de la biblioteca provoca rechazos falsos persistentes.
Aspectos destacados
- Cobertura de defectos: Detecta defectos visibles en la superficie, incluidos polaridad, inclinación, humectación y texto (OCR).
- Velocidad frente a precisión: Las velocidades de inspección típicas oscilan entre 20 y 40 cm²/seg, según la configuración de resolución.
- Tasa de llamadas falsas: Un proceso AOI bien ajustado tiene como objetivo una tasa de llamadas falsas inferior a 500 PPM (partes por millón).
- Importancia de la iluminación: La iluminación LED multiángulo (rojo/verde/azul) es esencial para distinguir entre cobre, soldadura y serigrafía.
- Capacidad 3D: El AOI 3D mide la altura (eje Z), fundamental para detectar cables elevados y problemas de coplanaridad > 150 µm.
- Integración: Los datos AOI a menudo se incorporan al control estadístico de procesos (SPC) para determinar las tasas de defectos en tiempo real.
Contenido
- Definición y alcance (qué es, qué no es)
- Reglas y especificaciones (parámetros clave y límites)
- Pasos de implementación (puntos de control del proceso)
- Solución de problemas (modos de fallo y soluciones)
- Cómo elegir (decisiones de diseño y compensaciones)
- Preguntas frecuentes (costo, plazo de entrega, materiales, pruebas, criterios de aceptación)
- Glosario (Términos clave)
- Solicitar una cotización (revisión de DFM + precios)
- Conclusión (próximos pasos)
Definición y alcance (qué es, qué no es)
Comprender los conceptos básicos de AOI requiere definir exactamente dónde encaja esta tecnología en la línea de fabricación. Es un método de inspección óptica, lo que significa que se basa en la línea de visión.
Aplica cuando:
- Ensamblaje SMT: Verificación de la ubicación y soldadura de resistencias de chip, capacitores, circuitos integrados y conectores.
- Inspección posterior al reflujo: Verificación final de los criterios de unión de soldadura después del horno para garantizar la humectación y la formación de filetes.
- Inspección previa al reflujo: Verifica la colocación de la pasta y el posicionamiento de los componentes antes de soldar para evitar defectos difíciles de reparar.
- Soldadura por ola: Inspeccionar el lado inferior de la PCB para verificar la calidad de la junta de soldadura del orificio pasante (cortocircuitos, saltos).
- Inspección 2D y 3D: Validación de dimensiones X, Y y Z (altura) de componentes y filetes de soldadura. No aplica cuando:
- Uniones ocultas: No puede inspeccionar las uniones de soldadura debajo de Ball Grid Arrays (BGA) o almohadillas térmicas QFN (requiere Inspección por rayos X).
- Función Eléctrica: No verifica si el componente funciona eléctricamente o si el firmware está cargado (requiere ICT o FCT).
- Capas internas: No puede detectar cortocircuitos en la capa interna ni aberturas dentro del laminado de PCB (requiere una prueba electrónica durante la fabricación).
- Encapsulado/Recubrimiento: Una vez que una placa recibe un recubrimiento conforme o encapsulado, la efectividad del AOI disminuye significativamente debido a los reflejos y el oscurecimiento.
Reglas y especificaciones (parámetros clave y límites)
La siguiente tabla describe los parámetros críticos para configurar y evaluar el rendimiento de AOI. Cumplir con estos límites garantiza que el proceso de inspección sea sólido y minimice las fugas (defectos que salen de fábrica).
| Regla | Valor/rango recomendado | Por qué es importante | Cómo verificar | Si se ignora |
|---|---|---|---|---|
| Desplazamiento de componente (X/Y) | < 50% del ancho de la pastilla (Clase 2) < 25% del ancho de la pastilla (Clase 3) |
Garantiza suficiente contacto eléctrico y estabilidad mecánica. | Mida la distancia desde el centro de la plataforma hasta el centro del componente en el modo de depuración AOI. | Riesgo de circuitos abiertos o uniones débiles que fallan bajo vibración. |
| Rotación de componentes (inclinación) | < 10 grados (componentes de chip) < 2 grados (CI de paso fino) |
La rotación excesiva reduce el área de contacto de soldadura y corre el riesgo de formar puentes. | Verifique el delta del ángulo en la configuración del algoritmo AOI con las coordenadas CAD. | Alto riesgo de formación de puentes en pads adyacentes para circuitos integrados de paso fino. |
| Altura del filete de soldadura | 25% a 100% de la altura de terminación del componente | Indica el volumen adecuado de humectación y soldadura. | Utilice la medición de altura 3D AOI o vistas de cámara en ángulo lateral. | Una soldadura insuficiente provoca grietas en las juntas; El exceso de soldadura causa problemas de rigidez. |
| Coplanaridad (plomo elevado) | < 100 µm (0,10 mm) de desviación | Garantiza que todos los cables entren en contacto con la soldadura en pasta durante el reflujo. | Triangulación láser 3D AOI o proyección de franjas Moiré. | Circuitos abiertos en pines específicos de un IC (por ejemplo, QFP, SOP). |
| Detección de puente/cortocircuito | Espacio de 0 µm (Continuidad entre redes distintas) | Los puentes de soldadura provocan una falla eléctrica inmediata. | El algoritmo comprueba la presencia de soldadura en el espacio entre las almohadillas. | Tablero muerto; posibles daños a los componentes al encenderlos. |
| Componente faltante | Control de presencia 100% | Requisito fundamental de montaje. | Coincidencia de patrones o análisis de histograma del cuerpo del componente. | La placa falla por completo en su función; costosa solución de problemas más adelante. |
| Comprobación de polaridad | Coincidir con serigrafía/marca fiduciaria | Es fundamental para diodos, condensadores e circuitos integrados para evitar daños por voltaje inverso. | OCR (reconocimiento óptico de caracteres) o coincidencia de características en las marcas del cuerpo. | Explosión de componentes o mal funcionamiento del circuito. |
| Tombstoneing | 0% de tolerancia (elevación vertical) | El componente se apoya en un extremo, rompiendo el circuito. | Comprobación de altura + ausencia de cuerpo del componente en el plano horizontal. | Circuito abierto; requiere retrabajo manual. |
| Detección de bolas de soldadura | > 0,15 mm de diámetro (normalmente marcado) | Las bolas de soldadura sueltas pueden desprenderse y provocar cortocircuitos en otros lugares. | Algoritmos de análisis de blobs en áreas que no son pads. | Riesgo de confiabilidad; cortos que ocurren durante el envío o la operación. |
| Tasa de llamadas falsas | < 500 - 1000 ppm | Las llamadas falsas elevadas ralentizan la línea y desensibilizan a los operadores. | Revise los registros de "fallos falsos" frente a "fallos verdaderos" durante un turno. | Los operadores pueden comenzar a pasar tableros automáticamente, dejando escapar los defectos reales. |
Pasos de implementación (puntos de control del proceso)
Implementar un proceso sólido de inspección AOI implica algo más que simplemente encender la máquina. Siga estos pasos para integrar AOI de manera efectiva en la línea ensamblaje SMT.
Preparación e importación de datos
- Acción: Importe datos Pick and Place (XY) y archivos Gerber al software AOI.
- Parámetros clave: Asegúrese de que la unidad de medida coincida (mm frente a mils) y que la referencia de rotación (0/90/180/270) sea coherente con la biblioteca de la máquina.
- Comprobación de aceptación: Verifique que todas las ubicaciones de los componentes en el mapa virtual estén alineadas con las plataformas del tablero físico.2. Creación del tablero dorado
- Acción: Escanee un tablero conocido como "bueno" para enseñarle a la máquina las características visuales de las juntas y componentes aceptables.
- Parámetros clave: Utilice una placa con volumen de soldadura estándar; Evite tableros con retoques soldados a mano para la muestra maestra.
- Verificación de aceptación: La máquina debe pasar este tablero el 100% del tiempo sin llamadas falsas.
Ajuste de algoritmos y coincidencia de bibliotecas
- Acción: Asigne algoritmos de inspección (p. ej., inspección de cables, revisión de la carrocería, coincidencia de colores) a cada tipo de paquete de componentes.
- Parámetros clave: Establezca ventanas de tolerancia para el brillo (escala 0-255) y la posición (+/- 0,1 mm a 0,3 mm).
- Verificación de aceptación: Verifique que el algoritmo identifique correctamente el cuerpo del componente y el menisco de soldadura.
Optimización de la iluminación
- Acción: Configure la iluminación multiángulo (principal, lateral, coaxial) para resaltar características específicas.
- Parámetros clave: Luz de ángulo alto para superficies planas (marcas); Luz de ángulo bajo para elementos 3D (filetes de soldadura, conductores elevados).
- Verificación de aceptación: Las uniones de soldadura deben verse distintas de la placa de PCB; El texto de los chips debe ser legible.
Configuración de umbral (Sensibilidad)
- Acción: Ajuste los umbrales de aprobación/rechazo para equilibrar la detección de defectos con llamadas falsas.
- Parámetros clave: Establezca la cobertura mínima del área de soldadura (p. ej., >75 % de la almohadilla) y la tolerancia máxima de desplazamiento.
- Verificación de aceptación: Ejecute una "muestra límite" (placa con defectos marginales conocidos) para asegurarse de que la máquina los señale.
Verificación con la Junta de Defectos
- Acción: Pase una placa de prueba con defectos intencionales (pieza faltante, cortocircuito, polaridad incorrecta) a través de la máquina.
- Parámetros clave: La placa debe contener al menos uno de cada tipo de defecto importante relevante para la producción.
- Comprobación de aceptación: Se permiten cero escapes. La máquina debe detectar el 100% de los defectos intencionados.
Capacitación del operador y SOP
- Acción: Defina cómo los operadores manejan una señal de "Fallo".
- Parámetros clave: Revisar la configuración de la estación; herramientas de aumento (microscopio) para verificación manual.
- Verificación de aceptación: Los operadores deben clasificar correctamente "Llamada falsa" versus "Defecto real" en el registro del sistema.
Bucle de retroalimentación continua
- Acción: Vincular datos AOI a la impresora SMT y a las máquinas de recogida y colocación.
- Parámetros clave: Análisis de tendencias de valores de compensación (p. ej., cambio constante de 50 µm en X).
- Verificación de aceptación: Si se detecta una tendencia, la máquina anterior (impresora o montadora) se ajusta antes de que ocurran defectos.
Solución de problemas (modos de falla y soluciones)
Incluso con equipos de alta gama, los procesos AOI pueden desviarse. Utilice esta guía para diagnosticar problemas comunes en los que los conceptos básicos de AOI se cruzan con variables del mundo real.
1. Síntoma: Alto índice de llamadas falsas en uniones soldadas
- Causas probables: Variación del reflejo de la iluminación, oxidación en las almohadillas o residuos de fundente.
- Revisiones: Inspeccione el acabado de la superficie de la junta de soldadura (HASL y ENIG se reflejan de manera diferente). Verifique la configuración del ángulo de iluminación.
- Solución: Ajuste el umbral de "brillo de soldadura" o cambie a un canal de color de iluminación diferente (por ejemplo, use luz roja para un mejor contraste en el cobre).
- Prevención: Estandarizar los acabados de superficie de PCB y las formulaciones de pasta.
2. Síntoma: "Componentes faltantes" escapados
- Causas probables: El color del componente coincide con el color de la máscara de PCB (por ejemplo, componente negro sobre PCB negro).
- Comprobaciones: Verifique la diferencia de contraste entre el cuerpo de la pieza y el fondo en el algoritmo.
- Solución: Utilice inspección de altura 3D en lugar de contraste 2D. Si el 3D no está disponible, utilice iluminación lateral para proyectar una sombra.
- Prevención: Las reglas de diseño deben evitar combinaciones de colores que enmascaren componentes o exijan AOI 3D para tales casos.3. Síntoma: Falsas llamadas de "puente" en circuitos integrados de paso fino
- Causas probables: Falta la cinta de máscara de soldadura entre las almohadillas; El resplandor del flujo parece un puente.
- Comprobaciones: Compruebe si el diseño de la PCB tiene almohadillas con "máscara de soldadura definida" o "sin máscara de soldadura definida". Busque residuos de fundente brillantes.
- Solución: Ajuste la "ventana de detección de puentes" para que sea más estrecha. Utilice iluminación polarizada para reducir el deslumbramiento.
- Prevención: Asegúrese de que la fabricación de PCB incluya barreras de máscara de soldadura entre las almohadillas de paso fino (ancho mínimo de 3 a 4 mil).
4. Síntoma: Marcas de polaridad no detectadas
- Causas probables: Las marcas son tenues, están grabadas con láser o varían según el lote o el proveedor.
- Comprobaciones: Compare el lote de componentes actual con la imagen de la biblioteca.
- Solución: Actualiza la biblioteca con varias imágenes "alternativas" para la misma parte. Habilite la "coincidencia de características" (por ejemplo, borde biselado) en lugar de solo texto.
- Prevención: Especifique proveedores de componentes consistentes o solicite una inspección entrante para señalar los cambios de marcado.
5. Síntoma: Lápidas no detectadas
- Causas probables: El componente está colocado verticalmente pero el perfil superior parece una ubicación válida en 2D.
- Comprobaciones: Revise la imagen 2D desde la cámara de arriba hacia abajo.
- Solución: Esta es una limitación 2D clásica. Habilite la verificación de altura 3D. Si es solo 2D, busque la "sombra" del componente en pie.
- Prevención: Utilice AOI 3D para componentes 0402 y más pequeños.
6. Síntoma: Se pasó un valor de pieza incorrecto (p. ej., resistencia de 10 k frente a 100 k)
- Causas probables: Ambas partes son del mismo tamaño y color; Las marcas son demasiado pequeñas o están en la parte inferior.
- Revisiones: AOI no puede leer valores eléctricos. Sólo puede leer texto visible.
- Solución: Si el texto es visible, mejore la resolución de OCR. Si no hay texto, AOI no puede solucionar este problema.
- Prevención: Implementar pruebas eléctricas (TIC) o verificación estricta del alimentador (código de barras) durante la carga.
7. Síntoma: Efectos de sombra en componentes altos
- Causas probables: Condensadores altos que bloquean la luz hacia resistencias pequeñas adyacentes.
- Revisiones: Identifique "puntos ciegos" en el mapa de inspección.
- Solución: Utilice un sistema AOI con múltiples cámaras laterales (proyección de 4 u 8 direcciones).
- Prevención: Regla DFM: Mantenga un espacio mínimo entre los componentes altos y cortos (normalmente > 0,5 mm o una relación de altura de 1:1).
Cómo elegir (decisiones de diseño y compensaciones)
La selección de la estrategia de inspección adecuada depende de la complejidad de la placa y de los requisitos de confiabilidad.
Si tiene componentes 0201 o 01005, elija 3D AOI. Los sistemas 2D tienen dificultades para distinguir la altura del filete de soldadura en piezas microscópicas. La medición volumétrica 3D es esencial para la confiabilidad en este caso.
Si ensambla productos electrónicos de consumo simples (Clase 1), elija 2D AOI. Para placas de bajo costo y baja complejidad con componentes grandes (0603+), la inspección 2D es más rápida y rentable.
Si tiene una producción de bajo volumen y alta mezcla, elija AOI sin conexión. Las máquinas fuera de línea son más fáciles de reprogramar y no detienen toda la línea SMT mientras se depura un nuevo programa.
Si tiene una producción en masa de gran volumen, elija AOI en línea. Los sistemas en línea se ubican directamente en el transportador después del horno de reflujo, brindando retroalimentación inmediata a la línea para detener defectos antes de que se produzcan miles.
Si utiliza componentes BGA o QFN, elija AOI + Rayos X (AXI). AOI no puede ver debajo del paquete. Debe complementar el AOI con inspección por rayos X para verificar las uniones de soldadura ocultas.
Si tiene conectores o protectores altos, elija AOI con espacio libre alto. Asegúrese de que el espacio libre del eje Z de la máquina (normalmente de 25 mm a 50 mm) supere el componente más alto para evitar colisiones.
Si necesita verificar la deposición de pasta de soldadura, elija SPI (Inspección de pasta de soldadura). No confíe en el AOI posterior al reflujo para solucionar los problemas de pegado. Utilice la inspección SPI antes de la colocación de componentes para detectar problemas de volumen en el origen.
Preguntas frecuentes (costo, plazo de entrega, materiales, pruebas, criterios de aceptación)1. ¿Cuál es la diferencia entre AOI y SPI?
La SPI (Inspección de pasta de soldadura) ocurre antes de la colocación del componente y mide el volumen de la pasta. La AOI ocurre después del reflujo (generalmente) y verifica la ubicación de los componentes y la calidad de la unión soldada. Ambos son necesarios para un [sistema de calidad] completo (/pcba/quality-system/).
2. ¿Puede AOI detectar componentes eléctricamente defectuosos? No. AOI solo verifica características visuales (forma, posición, marcas, soldadura). No puede saber si un chip está dañado internamente o tiene el firmware incorrecto.
3. ¿Cuánto tiempo lleva programar una máquina AOI para una placa nueva? Normalmente de 2 a 6 horas dependiendo de la complejidad. El uso de datos CAD (coordenadas XY) acelera esto significativamente en comparación con los métodos de "enseñanza" manuales.
4. ¿AOI reemplaza la inspección visual manual? Sí, en su mayor parte. AOI es más rápido y consistente que los ojos humanos, que se fatigan después de 15 minutos. Sin embargo, todavía se necesitan humanos para verificar los "fallos" señalados por el AOI.
5. ¿Cuál es el objetivo típico de tasa de llamadas falsas? Un proceso de clase mundial tiene como objetivo < 500 PPM. Si la tasa es mayor, los operadores pueden ignorar los defectos reales. Si es 0, es probable que la sensibilidad sea demasiado baja y se estén produciendo fugas.
6. ¿Puede AOI inspeccionar PCB flexibles? Sí, pero la máquina debe manejar superficies no planas. A menudo se requieren accesorios de vacío o algoritmos especializados para PCB flexible para compensar la deformación de la placa.
7. ¿El AOI 3D siempre es mejor que el AOI 2D? El 3D es mejor para la geometría (conductores elevados, coplanaridad, desecho) pero es más lento y más caro. El 2D suele ser mejor para leer texto (OCR) y comprobar las marcas de polaridad.
8. ¿Qué estándar de IPC rige los criterios AOI? IPC-A-610 (Aceptabilidad de conjuntos electrónicos) es el estándar utilizado. Las máquinas AOI están programadas para detectar defectos definidos en IPC-A-610 Clase 2 o Clase 3.
9. ¿Cómo maneja AOI el "sombreado" de componentes altos? Las máquinas modernas utilizan sistemas de múltiples proyectores o cámaras laterales de 8 direcciones para mirar "alrededor" de los componentes altos. El diseño del diseño también debe tener en cuenta el acceso de inspección.
Glosario (términos clave)
| Término | Significado | Por qué es importante en la práctica |
|---|---|---|
| Tablero Dorado | Una PCBA sin defectos utilizada para enseñar el sistema AOI. | Sirve como referencia básica; si el tablero dorado es malo, toda la producción será juzgada incorrectamente. |
| Llamada falsa (falla falsa) | La máquina marca un componente en buen estado como defectuoso. | Ralentiza la producción y hace perder tiempo al operador al verificar que las placas estén en buen estado. |
| Escape (Pase Falso) | La máquina marca una placa defectuosa como "Buena". | El modo de falla más peligroso; envía un mal producto al cliente. |
| Algoritmo | La lógica del software utilizada para analizar la imagen (por ejemplo, coincidencia de patrón, histograma). | Diferentes componentes requieren diferentes algoritmos para una detección precisa. |
| OCR (Reconocimiento óptico de caracteres) | Capacidad del software para leer texto en los cuerpos de los componentes. | Esencial para verificar el valor y la polaridad de los componentes. |
| FOV (campo de visión) | El área que la cámara puede ver en una sola instantánea. | Un campo de visión más grande es más rápido pero puede tener una resolución más baja; equilibrio entre velocidad y detalle. |
| Lente telecéntrica | Una lente que elimina el error de paralaje. | Garantiza que los componentes en el borde de la imagen no parezcan "inclinados", lo que permite una medición precisa. |
| Umbral | La configuración del límite numérico pasa/falla (por ejemplo, brillo > 50). | La perilla de ajuste principal para que los ingenieros de procesos equilibren las llamadas falsas y las fugas. |
| Coplanaridad | La diferencia de altura máxima entre el cable más bajo y más alto de un componente. | Crítico para BGA y circuitos integrados de paso fino; una mala coplanaridad conduce a articulaciones abiertas. |
Solicite una cotización (revisión de DFM + precios)
Para obtener una cotización precisa que incluya AOI integral y cobertura de pruebas, proporcione sus datos de diseño completos. Nuestro equipo de ingeniería revisa cada archivo en busca de directrices DFM para garantizar que su placa pueda inspeccionarse de manera efectiva.* Archivos Gerber: Formato RS-274X (todas las capas).
- Archivo Centroide (Pick & Place): Esencial para programar la máquina AOI (X, Y, Rotación, Lado).
- BOM (lista de materiales): Incluya los números de pieza del fabricante para verificar los tipos de paquetes.
- Planos de ensamblaje: PDF que muestra la polaridad de los componentes e instrucciones especiales.
- Requisitos de prueba: Especifique si se requiere inspección IPC Clase 2 o Clase 3.
- Cantidad: El prototipo (1-10) frente a la producción en masa (10k+) afecta la estrategia de inspección.