L'inspection optique automatisée (AOI) est la principale méthode sans contact permettant de vérifier la qualité des assemblages de cartes de circuits imprimés (PCBA) en comparant les images capturées à des paramètres définis ou à une « carte dorée ». Il sert de gardien essentiel dans les lignes de technologie de montage en surface (SMT), détectant les défauts tels que l'inclinaison des composants, les pièces manquantes et les ponts de soudure avant que les cartes ne passent aux tests fonctionnels. La maîtrise des bases de l'AOI garantit aux fabricants de détecter rapidement 90 % ou plus des défauts visibles, réduisant ainsi les coûts de reprise et évitant les pannes sur le terrain.
Réponse rapide (30 secondes)
- Règle de base : Le déplacement des composants ne doit pas dépasser 50 % de la largeur du tampon pour la classe IPC 2, ou 25 % pour la classe IPC 3.
- Plage critique : La résolution de la caméra doit être réglée entre 10 µm et 15 µm par pixel pour inspecter de manière fiable les composants 0201 ou 01005.
- Piège courant : S'appuyer uniquement sur l'AOI 2D pour l'inspection BGA ; La 2D ne peut pas voir les joints de soudure cachés sous le corps du boîtier.
- Vérification : Utilisez un tableau de défauts connus (artefact de vérification) avec au moins 10 types d'erreurs simulées (par exemple, pierre tombale, court-circuit, manquant) pour valider quotidiennement la détection de la machine.
- Cas limite : Les composants hautement réfléchissants (comme certaines LED ou boîtes métalliques) déclenchent souvent de faux appels en raison de l'éblouissement de l'éclairage ; utilisez un éclairage polarisé ou un AOI 3D pour compenser.
- Conseil DFM : Assurez-vous que les empreintes des composants dans les données CAO correspondent exactement aux pièces physiques ; une inadéquation de 0,5 mm dans la définition de la bibliothèque entraîne de faux rejets persistants.
Points forts
- Couverture des défauts : Détecte les défauts de surface visibles, notamment la polarité, l'inclinaison, le mouillage et le texte (OCR).
- Vitesse par rapport à la précision : Les vitesses d'inspection typiques vont de 20 à 40 cm²/s en fonction des paramètres de résolution.
- Taux de faux appels : Un processus AOI bien réglé cible un taux de faux appels inférieur à 500 PPM (parties par million).
- Importance de l'éclairage : L'éclairage LED multi-angles (rouge/vert/bleu) est essentiel pour distinguer le cuivre, la soudure et la sérigraphie.
- Capacité 3D : L'AOI 3D mesure la hauteur (axe Z), essentielle pour détecter les câbles soulevés et les problèmes de coplanarité > 150 µm.
- Intégration : les données AOI alimentent souvent le contrôle statistique des processus (SPC) pour déterminer les taux de défauts en temps réel.
Contenu
- Définition et portée (ce que c'est, ce que ce n'est pas)
- Règles et spécifications (paramètres clés et limites)
- Étapes de mise en œuvre (points de contrôle du processus)
- Dépannage (modes de défaillance et correctifs)
- Comment choisir (décisions de conception et compromis)
- FAQ (coût, délai de livraison, matériaux, tests, critères d'acceptation)
- Glossaire (Termes clés)
- Demander un devis (examen DFM + tarification)
- Conclusion (prochaines étapes)
Définition et portée (ce que c'est, ce que ce n'est pas)
Comprendre les bases de l'AOI nécessite de définir exactement la place de cette technologie dans la chaîne de fabrication. Il s’agit d’une méthode d’inspection optique, ce qui signifie qu’elle repose sur la visibilité directe.
S'applique lorsque :
- Assemblage SMT : Vérification du placement et de la soudure des résistances à puce, des condensateurs, des circuits intégrés et des connecteurs.
- Inspection post-refusion : Vérification finale des critères de joint de soudure après le four pour garantir le mouillage et la formation de filets.
- Inspection avant refusion : Vérification du placement de la pâte et du positionnement des composants avant le soudage pour éviter les défauts difficiles à corriger.
- Soudure à la vague : Inspection de la face inférieure du PCB pour vérifier la qualité des joints de soudure traversants (shorts, sauts).
- Inspection 2D et 3D : Validation des dimensions X, Y et Z (hauteur) des composants et des filets de soudure. Ne s'applique pas lorsque :
- Joints cachés : Il ne peut pas inspecter les joints de soudure sous les Ball Grid Arrays (BGA) ou les tampons thermiques QFN (nécessite X-Ray Inspection).
- Fonction électrique : Il ne vérifie pas si le composant fonctionne électriquement ou si le firmware est chargé (nécessite ICT ou FCT).
- Couches internes : Il ne peut pas détecter les courts-circuits ou les ouvertures de la couche interne dans le stratifié du PCB (nécessite un test électronique pendant la fabrication).
- Empotage/revêtement : Une fois qu'une carte est recouverte d'un revêtement conforme ou enrobée, l'efficacité de l'AOI diminue considérablement en raison des réflexions et de l'obscurcissement.
Règles et spécifications (paramètres clés et limites)
Le tableau suivant présente les paramètres critiques pour la configuration et l'évaluation des performances AOI. Le respect de ces limites garantit la robustesse du processus d’inspection et minimise les fuites (défauts quittant l’usine).
| Règle | Valeur/Plage recommandée | Pourquoi c'est important | Comment vérifier | Si ignoré |
|---|---|---|---|---|
| Décalage des composants (X/Y) | < 50 % de la largeur du tampon (Classe 2) < 25 % de la largeur du tampon (Classe 3) |
Assure un contact électrique suffisant et une stabilité mécanique. | Mesurez la distance entre le centre du pad et le centre du composant en mode de débogage AOI. | Risque de circuits ouverts ou de joints faibles qui se brisent sous l'effet des vibrations. |
| Rotation des composants (inclinaison) | < 10 degrés (composants de puce) < 2 degrés (CI à pas fin) |
Une rotation excessive réduit la zone de contact de la soudure et risque de créer un pont. | Vérifiez le delta d'angle dans les paramètres de l'algorithme AOI par rapport aux coordonnées CAO. | Risque élevé de pontage sur les plages adjacentes pour les circuits intégrés à pas fin. |
| Hauteur du filet de soudure | 25 % à 100 % de la hauteur de terminaison du composant | Indique un mouillage et un volume de soudure appropriés. | Utilisez la mesure de la hauteur 3D AOI ou les vues de caméra à angle latéral. | Une soudure insuffisante entraîne des fissures dans les joints ; un excès de soudure provoque des problèmes de rigidité. |
| Coplanarité (plomb levé) | Déviation < 100 µm (0,10 mm) | Garantit que tous les fils entrent en contact avec la pâte à souder pendant la refusion. | Triangulation laser 3D AOI ou projection de franges Moiré. | Circuits ouverts sur des broches spécifiques d'un circuit intégré (par exemple, QFP, SOP). |
| Détection de pont/court-circuit | Écart de 0 µm (Continuité entre réseaux distincts) | Les ponts de soudure provoquent une panne électrique immédiate. | L'algorithme vérifie la présence de soudure dans l'espace entre les pastilles. | Tableau mort ; dommages potentiels aux composants lors de la mise sous tension. |
| Composant manquant | Contrôle de présence à 100% | Exigence fondamentale de montage. | Correspondance de motifs ou analyse d'histogramme du corps du composant. | Le conseil d'administration échoue complètement à fonctionner ; un dépannage coûteux plus tard. |
| Vérification de polarité | Faire correspondre la sérigraphie/la marque de repère | Critique pour les diodes, les condensateurs et les circuits intégrés afin d'éviter les dommages causés par la tension inverse. | OCR (Optical Character Recognition) ou correspondance de caractéristiques sur les marquages corporels. | Explosion d’un composant ou dysfonctionnement du circuit. |
| Tombstone | Tolérance 0 % (levage vertical) | Le composant se tient à une extrémité, coupant le circuit. | Contrôle de hauteur + absence de corps de composant dans le plan horizontal. | Circuit ouvert ; nécessite une reprise manuelle. |
| Détection de billes de soudure | > 0,15 mm de diamètre (généralement signalé) | Les billes de soudure lâches peuvent se déloger et provoquer des courts-circuits ailleurs. | Algorithmes d’analyse de blob dans les zones non-pad. | Risque de fiabilité ; courts-circuits survenant pendant le transport ou le fonctionnement. |
| Taux de faux appels | < 500 à 1 000 ppm | Un nombre élevé de faux appels ralentit la ligne et désensibilise les opérateurs. | Examinez les journaux de « faux échec » par rapport aux « véritables échecs » au cours d'un quart de travail. | Les opérateurs peuvent lancer des tableaux de passage automatique, laissant ainsi échapper les défauts réels. |
Étapes de mise en œuvre (points de contrôle du processus)
La mise en œuvre d'un processus d'inspection AOI robuste implique bien plus que simplement allumer la machine. Suivez ces étapes pour intégrer efficacement AOI dans la ligne Assemblage SMT.
Préparation et importation des données
- Action : Importez les données Pick and Place (XY) et les fichiers Gerber dans le logiciel AOI.
- Paramètres clés : Assurez-vous que l'unité de mesure correspond (mm par rapport aux mils) et que la référence de rotation (0/90/180/270) est cohérente avec la bibliothèque de machines.
- Contrôle d'acceptation : Vérifiez que tous les emplacements des composants sur la carte virtuelle sont alignés avec les plots physiques de la carte.2. Création du Tableau d'Or
- Action : Scannez une carte « bonne » connue pour enseigner à la machine les caractéristiques visuelles des joints et des composants acceptables.
- Paramètres clés : Utilisez une carte avec un volume de soudure standard ; évitez les cartes avec des retouches soudées à la main pour l’échantillon principal.
- Contrôle d'acceptation : La machine doit passer ce tableau 100 % du temps sans faux appels.
Réglage d'algorithmes et correspondance de bibliothèques
- Action : attribuez des algorithmes d'inspection (par exemple, inspection principale, vérification du corps, correspondance des couleurs) à chaque type d'emballage de composants.
- Paramètres clés : Définissez les fenêtres de tolérance pour la luminosité (échelle 0-255) et la position (+/- 0,1 mm à 0,3 mm).
- Contrôle d'acceptation : Vérifiez que l'algorithme identifie correctement le corps du composant et le ménisque de soudure.
Optimisation de l'éclairage
- Action : Configurez l'éclairage multi-angle (principal, latéral, coaxial) pour mettre en évidence des fonctionnalités spécifiques.
- Paramètres clés : Lumière à angle élevé pour les surfaces planes (marquages) ; Lumière à faible angle pour les fonctionnalités 3D (filet de soudure, fils soulevés).
- Contrôle d'acceptation : Les joints de soudure doivent apparaître distincts du plot PCB ; le texte sur les puces doit être lisible.
Réglage du seuil (sensibilité)
- Action : Ajustez les seuils de réussite/échec pour équilibrer la détection des défauts et les faux appels.
- Paramètres clés : Définissez la couverture minimale de la zone de soudure (par exemple, > 75 % de la pastille) et la tolérance de décalage maximale.
- Contrôle d'acceptation : Exécutez un « échantillon limite » (carte présentant des défauts marginaux connus) pour vous assurer que la machine les signale.
Vérification avec Defect Board
- Action : Faites passer une carte de test présentant des défauts intentionnels (pièce manquante, court-circuit, mauvaise polarité) à travers la machine.
- Paramètres clés : La carte doit contenir au moins un de tous les types de défauts majeurs pertinents pour le cycle de production.
- Contrôle d'acceptation : Zéro évasion autorisée. La machine doit détecter 100 % des défauts intentionnels.
Formation des opérateurs et SOP
- Action : Définissez la manière dont les opérateurs gèrent un signal « Échec ».
- Paramètres clés : Vérifier la configuration de la station ; outils de grossissement (microscope) pour vérification manuelle.
- Contrôle d'acceptation : Les opérateurs doivent classer correctement « faux appel » par rapport à « réel défaut » dans le journal système.
Boucle de rétroaction continue
- Action : Liez les données AOI à l'imprimante SMT et aux machines de transfert.
- Paramètres clés : Analyse des tendances des valeurs de décalage (par exemple, décalage cohérent de 50 µm en X).
- Contrôle d'acceptation : Si une tendance est détectée, la machine en amont (imprimante ou monteur) est ajustée avant que des défauts ne surviennent.
Dépannage (modes de défaillance et correctifs)
Même avec des équipements haut de gamme, les processus AOI peuvent dériver. Utilisez ce guide pour diagnostiquer les problèmes courants où les bases de l'AOI recoupent les variables du monde réel.
1. Symptôme : taux élevé de faux appels sur les joints de soudure
- Causes probables : Variation de la réflexion de l'éclairage, oxydation des tampons ou résidus de flux.
- Contrôles : Inspectez la finition de la surface du joint de soudure (HASL et ENIG se reflètent différemment). Vérifiez les paramètres d’angle d’éclairage.
- Correction : Ajustez le seuil de « luminosité de la soudure » ou passez à un canal de couleur d'éclairage différent (par exemple, utilisez la lumière rouge pour un meilleur contraste sur le cuivre).
- Prévention : Standardisez les finitions de surface des PCB et les formulations de pâtes.
2. Symptôme : "Composants manquants" échappés
- Causes probables : La couleur du composant correspond à la couleur du masque du PCB (par exemple, composant noir sur PCB noir).
- Vérifications : Vérifiez la différence de contraste entre le corps de la pièce et l'arrière-plan dans l'algorithme.
- Correction : Utilisez l'inspection de hauteur 3D au lieu du contraste 2D. Si la 3D n'est pas disponible, utilisez l'éclairage latéral pour projeter une ombre.
- Prévention : Les règles de conception doivent éviter les combinaisons de couleurs qui masquent les composants ou imposer l'AOI 3D dans de tels cas.3. Symptôme : faux appels « pont » sur les circuits intégrés à pas fin
- Causes probables : La sangle du masque de soudure est absente entre les coussinets ; l'éblouissement du flux ressemble à un pont.
- Vérifications : Vérifiez si la conception du PCB comporte des pastilles « masque de soudure défini » ou « masque non-soudé défini ». Recherchez des résidus de flux brillants.
- Correction : Réglez la "fenêtre de détection de pont" pour qu'elle soit plus étroite. Utilisez un éclairage polarisé pour réduire l’éblouissement.
- Prévention : Assurez-vous que la fabrication des circuits imprimés comprend des barrages de masque de soudure entre les plots à pas fin (largeur minimale de 3 à 4 mil).
4. Symptôme : marques de polarité non détectées
- Causes probables : Les marquages sont pâles, gravés au laser ou varient selon le lot/fournisseur.
- Vérifications : Comparez le lot de composants actuel avec l'image de la bibliothèque.
- Correction : Mettez à jour la bibliothèque avec plusieurs images "alternatives" pour la même pièce. Activez la « correspondance des fonctionnalités » (par exemple, bord chanfreiné) au lieu du simple texte.
- Prévention : Spécifiez des fournisseurs de composants cohérents ou exigez une inspection à l'arrivée pour signaler les modifications de marquage.
5. Symptôme : pierres tombales non détectées
- Causes probables : Le composant est vertical mais le profil supérieur ressemble à un emplacement valide en 2D.
- Vérifications : Examinez l'image 2D à partir de la caméra descendante.
- Correction : Il s'agit d'une limitation 2D classique. Activez la vérification de la hauteur 3D. S'il s'agit uniquement d'une image en 2D, recherchez "l'ombre" du composant debout.
- Prévention : Utilisez l'AOI 3D pour les composants 0402 et plus petits.
6. Symptôme : valeur de pièce incorrecte transmise (par exemple, résistance 10 000 contre 100 000)
- Causes probables : Les deux parties sont de la même taille et de la même couleur ; les marquages sont trop petits ou en bas.
- Contrôles : AOI ne peut pas lire les valeurs électriques. Il ne peut lire que le texte visible.
- Correction : Si le texte est visible, améliorez la résolution OCR. S'il n'y a pas de texte, AOI ne peut pas résoudre ce problème.
- Prévention : Mettez en œuvre des tests électriques (TIC) ou une vérification stricte des alimentations (codes-barres) pendant le chargement.
7. Symptôme : effets d'ombrage sur les composants de grande taille
- Causes probables : De grands condensateurs bloquent la lumière vers les petites résistances adjacentes.
- Contrôles : Identifiez les « angles morts » dans la carte d'inspection.
- Correction : Utilisez un système AOI avec plusieurs caméras latérales (projection à 4 ou 8 directions).
- Prévention : Règle DFM : maintenir un espacement minimum entre les composants hauts et courts (généralement > 0,5 mm ou rapport de hauteur 1:1).
Comment choisir (décisions de conception et compromis)
La sélection de la bonne stratégie d'inspection dépend de la complexité de la carte et des exigences de fiabilité.
Si vous disposez de composants 0201 ou 01005, choisissez 3D AOI. Les systèmes 2D ont du mal à distinguer la hauteur du filet de soudure sur les pièces microscopiques. La mesure volumétrique 3D est ici essentielle pour la fiabilité.
Si vous assemblez des appareils électroniques grand public simples (classe 1), choisissez 2D AOI. Pour les cartes peu coûteuses et peu complexes comportant de gros composants (0603+), l’inspection 2D est plus rapide et plus rentable.
Si vous avez une production à forte mixité et à faible volume, choisissez AOI hors ligne. Les machines hors ligne sont plus faciles à reprogrammer et n'arrêtent pas toute la ligne SMT lors du débogage d'un nouveau programme.
Si vous avez une production de masse à grand volume, choisissez Inline AOI. Les systèmes en ligne sont installés directement sur le convoyeur après le four de refusion, fournissant un retour d'information immédiat à la ligne pour arrêter les défauts avant que des milliers ne soient produits.
Si vous utilisez des composants BGA ou QFN, choisissez AOI + X-Ray (AXI). AOI ne peut pas voir sous le paquet. Vous devez compléter l'AOI avec Inspection aux rayons X pour vérifier les joints de soudure cachés.
Si vous avez des connecteurs ou des blindages hauts, choisissez AOI avec dégagement élevé. Assurez-vous que le dégagement de l'axe Z de la machine (généralement 25 mm à 50 mm) dépasse votre composant le plus haut pour éviter toute collision.
Si vous devez vérifier le dépôt de pâte à souder, choisissez SPI (Solder Paste Inspection). Ne comptez pas sur l'AOI post-redistribution pour résoudre les problèmes de collage. Utilisez Inspection SPI avant le placement des composants pour détecter les problèmes de volume à la source.
FAQ (coût, délai de livraison, matériaux, tests, critères d'acceptation)1. Quelle est la différence entre AOI et SPI ?
Le SPI (Solder Paste Inspection) se produit avant le placement des composants et mesure le volume de pâte. L'AOI se produit après la refusion (généralement) et vérifie le placement des composants et la qualité du joint de soudure. Les deux sont nécessaires pour un [système qualité] complet (/pcba/quality-system/).
2. L'AOI peut-il détecter les composants électriquement défectueux ? Non. AOI vérifie uniquement les caractéristiques visuelles (forme, position, marquages, soudure). Il ne peut pas savoir si une puce est endommagée en interne ou si son micrologiciel est incorrect.
3. Combien de temps faut-il pour programmer une machine AOI pour une nouvelle carte ? Généralement 2 à 6 heures selon la complexité. L'utilisation de données CAO (coordonnées XY) accélère considérablement ce processus par rapport aux méthodes d'apprentissage manuelles.
4. L’AOI remplace-t-elle l’inspection visuelle manuelle ? Oui, pour la plupart. L'AOI est plus rapide et plus constante que les yeux humains, qui se fatiguent après 15 minutes. Cependant, des humains sont toujours nécessaires pour vérifier les « échecs » signalés par l'AOI.
5. Quel est l’objectif typique de taux de faux appels ? Un processus de classe mondiale cible < 500 PPM. Si le taux est plus élevé, les opérateurs peuvent ignorer les défauts réels. S'il est égal à 0, la sensibilité est probablement trop faible et des fuites se produisent.
6. AOI peut-il inspecter les PCB flexibles ? Oui, mais la machine doit gérer la surface non plane. Des appareils à vide ou des algorithmes spécialisés pour flex PCB sont souvent nécessaires pour compenser la déformation de la carte.
7. L'AOI 3D est-il toujours meilleur que l'AOI 2D ? La 3D est meilleure pour la géométrie (dérivations levées, coplanarité, tombstoning) mais est plus lente et plus coûteuse. La 2D est souvent meilleure pour lire du texte (OCR) et vérifier les marquages de polarité.
8. Quelle norme IPC régit les critères AOI ? IPC-A-610 (Acceptabilité des assemblages électroniques) est la norme utilisée. Les machines AOI sont programmées pour détecter les défauts définis dans IPC-A-610 Classe 2 ou Classe 3.
9. Comment AOI gère-t-il « l'ombrage » des composants de grande taille ? Les machines modernes utilisent des systèmes multi-projecteurs ou des caméras latérales à 8 directions pour regarder « autour » des composants de grande taille. La disposition de conception doit également tenir compte de l’accès à l’inspection.
Glossaire (termes clés)
| Terme | Signification | Pourquoi c'est important dans la pratique |
|---|---|---|
| Tableau d'or | Un PCBA sans défaut utilisé pour enseigner le système AOI. | Sert de référence de base ; si le tableau doré est mauvais, toute la production sera mal jugée. |
| Faux appel (faux échec) | La machine signale un composant en bon état comme défectueux. | Ralentit la production et fait perdre du temps à l’opérateur à vérifier les bonnes planches. |
| Évasion (fausse passe) | La machine marque une carte défectueuse comme « bonne ». | Le mode de défaillance le plus dangereux ; envoie un mauvais produit au client. |
| Algorithme | La logique logicielle utilisée pour analyser l'image (par exemple, correspondance de modèle, histogramme). | Différents composants nécessitent différents algorithmes pour une détection précise. |
| OCR (reconnaissance optique de caractères) | Capacité du logiciel à lire le texte sur les corps des composants. | Indispensable pour vérifier la valeur et la polarité des composants. |
| FOV (champ de vision) | Zone que la caméra peut voir dans un seul instantané. | Un champ de vision plus grand est plus rapide mais peut avoir une résolution plus faible ; compromis entre vitesse et détail. |
| Objectif télécentrique | Un objectif qui élimine les erreurs de parallaxe. | Garantit que les composants situés au bord de l'image ne semblent pas « inclinés », permettant ainsi une mesure précise. |
| Seuil | Le réglage de la limite numérique réussite/échec (par exemple, luminosité > 50). | Le bouton de réglage principal permettant aux ingénieurs de processus d'équilibrer les faux appels et les évasions. |
| Coplanarité | La différence de hauteur maximale entre le pas le plus bas et le plus haut d'un composant. | Critique pour les BGA et les circuits intégrés à pas fin ; une mauvaise coplanarité conduit à des joints ouverts. |
Demander un devis (examen DFM + tarification)
Pour un devis précis comprenant une couverture complète de l’AOI et des tests, veuillez fournir vos données de conception complètes. Notre équipe d'ingénierie examine chaque fichier pour les directives DFM afin de garantir que votre carte peut être inspectée efficacement.* Fichiers Gerber : Format RS-274X (toutes les couches).
- Fichier Centroïde (Pick & Place) : Indispensable pour la programmation de la machine AOI (X, Y, Rotation, Side).
- BOM (Bill of Materials) : Incluez les numéros de pièce du fabricant pour vérifier les types d'emballage.
- Dessins d'assemblage : PDF montrant la polarité des composants et les instructions spéciales.
- Exigences du test : Précisez si une inspection IPC de classe 2 ou de classe 3 est requise.
- Quantité : Le prototype (1-10) par rapport à la production de masse (10 000+) affecte la stratégie d'inspection.