Inspection AOI

L'inspection optique automatisée (AOI) est passée d'un luxe à une nécessité dans la fabrication électronique moderne. À mesure que les composants se réduisent à des tailles métriques de 0201 ou 01005 et que la densité augmente, l'inspection visuelle humaine devient peu fiable et lente. L'inspection AOI utilise des caméras haute résolution et des algorithmes d'éclairage avancés pour scanner les cartes de circuits imprimés à la recherche de défaillances catastrophiques et de défauts de qualité.

Chez APTPCB (Usine de PCB APTPCB), nous intégrons l'AOI comme gardien standard dans la ligne de technologie de montage en surface (SMT). Ce guide détaille comment implémenter, mesurer et valider les processus AOI pour garantir une production à haut rendement.

Points Clés à Retenir

Définition: L'AOI est une méthode de test sans contact qui utilise l'optique pour capturer des images d'un PCB et les compare à une base de données ou à une « carte dorée » pour détecter les défauts.
Fonction Principale: Elle détecte les défauts de surface visibles tels que les composants manquants, les erreurs de polarité, l'inclinaison et les courts-circuits de pont de soudure.
Limitation: L'AOI ne peut pas voir les joints de soudure cachés (comme ceux sous les boîtiers BGA ou LGA) ; cela nécessite une inspection aux rayons X.
Placement: Elle peut être placée après l'impression de la pâte à souder, avant la refusion ou après la refusion, bien que la post-refusion soit la configuration la plus courante pour l'assurance qualité finale.
Métriques: L'équilibre entre les « faux positifs » (signalant de bonnes cartes comme mauvaises) et les « échappées » (laissant passer de mauvaises cartes) est la mesure critique de l'efficacité de l'AOI.
Validation: Un étalonnage régulier à l'aide d'échantillons de défauts connus est nécessaire pour éviter la dérive de l'algorithme.
Tendance: L'industrie passe de l'inspection 2D (vue de dessus) à l'inspection 3D (mesure volumétrique) pour mieux détecter les broches soulevées et les problèmes de coplanarité.

Inspection inspection optique automatisée (AOI) (portée et limites)

Maintenant que nous avons établi les points clés de haut niveau, nous devons définir les mécanismes mécaniques et logiciels spécifiques qui animent cette technologie. L'inspection AOI n'est pas un outil unique mais un système comprenant l'optique, l'éclairage et le logiciel de traitement d'images.

Le mécanisme central

Le système capture des images de l'assemblage de PCB à l'aide d'une caméra haute définition. Il utilise diverses sources lumineuses (LED de différentes couleurs et angles) pour mettre en évidence des caractéristiques spécifiques. Par exemple, la lumière rouge pourrait éclairer le corps du composant, tandis que la lumière bleue se reflète sur le congé de soudure. Le logiciel analyse ensuite ces images en utilisant l'une des deux méthodes principales :

Correspondance d'images: Compare l'image capturée à une image stockée d'une "carte dorée" parfaite.
Basé sur des algorithmes: Utilise des règles pour calculer des paramètres (par exemple, si le nombre de pixels du congé de soudure est inférieur à X, il s'agit d'une soudure sèche).

Portée de la détection

L'AOI est efficace pour les caractéristiques visibles. Elle excelle dans l'identification de :

Défauts de composants: Pièces manquantes, valeurs incorrectes (si marquées), polarité incorrecte, placement de travers ou effet de pierre tombale (tombstoning).
Défauts de soudure: Soudure insuffisante, excès de soudure, ponts de soudure (courts-circuits) et billes de soudure.
Défauts de carte: Rayures ou contamination sur la surface du PCB.

L'évolution 2D vs 3D

L'AOI 2D traditionnelle examine la carte d'une perspective de haut en bas. Elle est rapide et rentable, mais a du mal avec les défauts basés sur la hauteur, comme les broches soulevées. L'AOI 3D utilise la profilométrie par décalage de phase ou la triangulation laser pour mesurer la hauteur de chaque pixel. Cela permet au système de calculer le volume du joint de soudure et la coplanarité du composant, réduisant considérablement les fausses alertes causées par les ombres ou le gauchissement de la carte.

Métriques d'inspection inspection optique automatisée (AOI) importantes (comment évaluer la qualité)

Comprendre la définition est la première étape ; mesurer l'efficacité de la machine dans un environnement de production réel est la suivante. Une machine d'inspection AOI qui signale chaque carte est inutile, tout comme une qui passe chaque carte. Vous devez suivre des métriques spécifiques pour affiner le processus.

Métrique	Pourquoi c'est important	Plage typique / Facteurs	Comment mesurer
Taux de fausses alertes (FCR)	Un FCR élevé ralentit la ligne car les opérateurs doivent vérifier manuellement les bonnes cartes. Cela provoque une "fatigue de l'opérateur", les amenant à approuver des défauts réels.	Cible: < 500 PPM (Parties Par Million). Influencé par la stabilité de l'éclairage et les paramètres de seuil.	(Nombre de bonnes cartes signalées / Nombre total de composants inspectés) × 1 000 000.
Taux d'évasion	La métrique la plus critique. Une évasion est un défaut que l'AOI a manqué et qui a été envoyé au client.	Cible : 0. Influencé par la résolution de la caméra et la couverture de l'algorithme.	(Défauts trouvés plus tard en test ou sur le terrain / Total des défauts) × 100%.
Rendement au premier passage (FPY)	Indique la santé du processus SMT en amont. L'AOI est l'outil de mesure pour l'imprimante et la machine de placement.	Cible : > 98% pour les produits matures.	(Cartes passant l'AOI au premier passage / Total des cartes entrantes) × 100%.
Vitesse d'inspection	Détermine si l'AOI devient le goulot d'étranglement de la ligne SMT.	Plage : 30–60 cm²/sec. Dépend de la résolution (microns par pixel).	Surface totale du PCB / Temps de cycle par carte.
Surtraitement des appels	Similaire à un faux positif, mais se réfère spécifiquement aux algorithmes étant trop sensibles (par exemple, signalant un joint de soudure valide comme "insuffisant" parce qu'il est légèrement terne).	Cible : Faible.	Ratio des signalements logiciels aux confirmations humaines vérifiées.
Stabilité du programme	Mesure si les résultats de l'AOI sont cohérents entre différents lots ou différentes machines.	Haute stabilité requise.	Exécuter la même "Carte d'or" 50 fois ; les résultats devraient être identiques.

Comment choisir l'inspection inspection optique automatisée (AOI) : guide de sélection par scénario (compromis)

Une fois que vous connaissez les métriques, vous devez les appliquer à des scénarios de fabrication spécifiques pour décider de la bonne stratégie d'inspection. Toutes les cartes ne nécessitent pas une inspection 3D, et tous les défauts ne peuvent pas être détectés après la refusion.

Scénario 1 : Électronique grand public à grand volume

Défi : La vitesse est la priorité. La cadence de la ligne est très rapide.
Recommandation : AOI 2D haute vitesse ou AOI 3D avec résolution réduite.
Compromis : Vous pouvez accepter un taux de faux positifs légèrement plus élevé pour maintenir la ligne en mouvement, en vous appuyant sur une station de retouche dédiée pour les filtrer.

Scénario 2 : Automobile ou Aérospatiale (Haute Fiabilité)

Défi : Aucune échappée n'est permise. La résistance aux vibrations est critique.
Recommandation : AOI 3D complète post-refusion combinée à l'inspection SPI (Inspection de la pâte à souder) pré-refusion.
Compromis : Le temps de cycle augmente, et la programmation prend plus de temps pour affiner les seuils.

Scénario 3 : Micro-composants 0201 ou 01005

Défi : Les composants sont trop petits pour les caméras standard ; les ombres des voisins plus grands bloquent la vue.
Recommandation : AOI 3D haute résolution (résolution de 10-12 microns) avec des lentilles télécentriques.
Compromis : Le champ de vision (FOV) se réduit, ce qui signifie que la caméra doit prendre plus de clichés, ralentissant considérablement le temps d'inspection.

Scénario 4 : Composants et connecteurs hauts

Défi : Les pièces hautes projettent des ombres sur les petites pièces environnantes, provoquant de fausses alertes de "composant manquant".
Recommandation : Systèmes d'éclairage multi-angles ou caméras à vue latérale.
Compromis : Le coût de l'équipement est plus élevé.

Scénario 5 : Avant refusion vs. Après refusion

Pré-refusion: Inspecte la précision du placement et la présence de pâte avant le brasage.
- Avantages: Les défauts peuvent être corrigés facilement sans fer à souder.
- Inconvénients: Ne détecte pas les défauts de brasage comme les joints froids ou les "tombstones" qui se produisent pendant la refusion.
Post-refusion: Inspecte la qualité finale du joint.
- Avantages: Détecte les défaillances électriques et mécaniques les plus critiques.
- Inconvénients: La reprise nécessite un dessoudage, ce qui sollicite le PCB.
Sélection: La post-refusion est obligatoire. La pré-refusion est facultative mais recommandée pour les cartes coûteuses à haute densité.

Scénario 6: SPI vs AOI: quand utiliser chacun en PCBA

SPI (Solder Paste Inspection): Se concentre uniquement sur le volume, la hauteur et la surface du dépôt de pâte à souder avant le placement des composants. Elle prévient les défauts à la source (processus d'impression).
AOI: Se concentre sur le placement des composants et les joints de soudure finis.
Comment choisir: Ce n'est pas un choix "soit l'un, soit l'autre" pour une production de haute qualité. Le SPI prévient les défauts; l'AOI détecte les défauts. Si le budget est limité, l'AOI post-refusion est l'exigence minimale. Pour les cartes complexes, l'utilisation des deux est la norme de l'industrie pour boucler la boucle de rétroaction.

Inspection inspection optique automatisée (AOI) (de la conception à la fabrication)

Points de contrôle de l'implémentation de l'inspection AOI (de la conception à la fabrication)

Le choix de la bonne stratégie est crucial, mais l'exécution nécessite une liste de contrôle stricte, de la conception à l'assemblage. Une inspection AOI réussie commence au stade de la conception du PCB.

Phase de conception pour la fabrication (DFM)

Dégagement des composants: Assurez un espace suffisant entre les composants afin que la caméra AOI puisse voir les joints de soudure sous un angle de 45 degrés.
Conception des pastilles: Les pastilles doivent être suffisamment longues pour permettre la formation d'un ménisque de soudure visible (joint de pied). Si le composant couvre toute la pastille, l'AOI ne peut pas vérifier le joint.
Repères de positionnement: Incluez au moins deux (de préférence trois) repères de positionnement globaux sur les rails du panneau de PCB et des repères locaux pour les QFP à pas fin. Cela permet à l'AOI d'aligner le système de coordonnées.
Clarté de la sérigraphie: Évitez de placer l'encre de sérigraphie sur les pastilles ou trop près des joints de soudure, car le contraste élevé peut perturber les algorithmes de traitement d'image.

Phase de configuration et de programmation

Importation des données CAO: Importez les données de coordonnées XY (fichier Pick and Place) directement dans la machine AOI plutôt que de les enseigner manuellement. Cela réduit les erreurs de programmation.
Gestion de la bibliothèque: Maintenez une bibliothèque centrale de définitions de boîtiers (par exemple, un boîtier de résistance 0603). Ne créez pas une nouvelle définition pour chaque nouvelle carte ; liez-vous à la bibliothèque centrale pour assurer la cohérence.
Calibrage de l'éclairage: Calibrez l'intensité lumineuse quotidiennement. La dégradation des LED au fil du temps peut modifier l'apparence d'un joint de soudure pour la caméra.
Création de la carte de référence ("Golden Board"): Scannez une "bonne carte" connue pour établir la ligne de base, mais suivez immédiatement en scannant une "carte défectueuse" pour vérifier les capacités de détection.

Phase de production

Inspection du premier article: La première carte d'une série doit passer l'AOI et être vérifiée visuellement par un technicien senior pour s'assurer que le programme ne génère pas de faux positifs.
Réglage des faux positifs: Pendant les 50 premières cartes, ajustez les seuils. Si la machine signale une bonne soudure, élargissez légèrement les critères d'acceptation – mais jamais au point de permettre une défaillance.
Retour de données: Liez les données AOI à la ligne SMT. Si l'AOI détecte une tendance de "placement décalé" sur U12, alertez immédiatement l'opérateur de la machine de placement.
Maintenance: Nettoyez les lentilles de la caméra et les modules d'éclairage chaque semaine. Les fumées de flux peuvent créer un film sur l'optique, brouillant l'image.

Erreurs courantes d'inspection inspection optique automatisée (AOI) (et la bonne approche)

Même avec un plan de mise en œuvre solide, des erreurs opérationnelles spécifiques peuvent compromettre les résultats. Voici les pièges les plus fréquents que nous rencontrons dans l'industrie.

1. Compter sur l'AOI pour l'inspection des BGA

Erreur: Supposer que l'AOI vérifie tous les composants de manière égale. Réalité: L'AOI est une inspection par ligne de visée. Elle ne peut pas voir les billes de soudure sous un Ball Grid Array (BGA). Correction: Vous devez utiliser l'inspection aux rayons X pour les BGA, LGA et QFN avec de grands pads thermiques.

2. Ignorer "l'effet d'ombre"

Erreur: Placer une petite résistance juste à côté d'un grand condensateur électrolytique. Réalité: Le composant haut bloque la lumière ou l'angle de la caméra, créant une tache sombre que l'AOI interprète comme une pièce manquante. Correction: Ajustez la disposition pendant le DFM ou utilisez un système AOI 3D avec éclairage de projection multidirectionnel.

3. Sur-optimisation pour zéro faux positif

Erreur: Relâcher les paramètres jusqu'à ce que la machine cesse de biper. Réalité: Cela garantit presque que les défauts réels (évasions) passeront. Correction: Acceptez un taux faible et gérable de faux positifs (par exemple, 1-2 par panneau) comme coût de la sécurité.

4. Négliger les variations de couleur des PCB

Erreur: Utiliser le même programme pour un PCB vert et un PCB blanc. Réalité: La réflectivité du masque de soudure modifie le contraste. Les PCB blancs réfléchissent beaucoup plus de lumière, aveuglant le capteur. Correction: Créez des profils d'éclairage distincts pour les différentes couleurs de masque de soudure.

5. Oublier les variations de hauteur des composants

Erreur: Programmer un AOI 3D avec une hauteur fixe pour un condensateur ayant plusieurs fournisseurs. Réalité: Le condensateur du fournisseur A pourrait mesurer 1,0 mm de haut, tandis que celui du fournisseur B mesure 1,1 mm. L'AOI signalera le fournisseur B comme "mauvaise pièce". Correction: Définissez les tolérances d'acceptation de hauteur basées sur les fiches techniques de tous les fournisseurs approuvés dans la nomenclature (BOM).

6. Omission des vérifications de polarité sur les pièces symétriques

Erreur: Ne pas définir la marque de polarité pour les LED ou les diodes qui semblent symétriques. Réalité: La pièce est placée à 180 degrés de travers, mais l'AOI la valide car la forme du corps correspond. Correction: Programmez spécifiquement l'algorithme pour rechercher la marque de cathode, l'encoche ou le chanfrein.

FAQ sur l'inspection inspection optique automatisée (AOI) (coût, délai, matériaux, tests, critères d'acceptation)

Éviter les erreurs assure la stabilité, mais des questions logistiques spécifiques subsistent souvent pour les acheteurs et les ingénieurs.

Comment l'inspection AOI impacte-t-elle le coût des PCBA ?

L'AOI est généralement incluse dans le prix d'assemblage standard pour la production de masse chez APTPCB. Pour de très petites séries de prototypes, il peut y avoir des frais de configuration minimes pour la programmation. Cependant, le coût de la non-utilisation de l'AOI (défaillances sur le terrain) est exponentiellement plus élevé.

L'AOI augmente-t-elle le délai de production ?

Dans une ligne équilibrée, l'AOI fonctionne à la même vitesse que les machines de placement, elle n'ajoute donc aucun temps net au débit. La programmation prend 1 à 3 heures selon la complexité, ce qui est absorbé pendant la phase de configuration SMT.

L'AOI peut-elle détecter les valeurs de composants erronées ?

Seulement si la valeur est imprimée sur le corps du composant (par exemple, "103" sur une résistance). Elle ne peut pas mesurer électriquement la valeur. Les condensateurs céramiques multicouches (MLCC) n'ont généralement pas de marquages ; si une bobine est chargée incorrectement, l'AOI ne peut pas détecter qu'un condensateur de 100nF a été placé au lieu d'un 10nF. Cela nécessite des tests électriques (ICT).

Comment la finition de surface des PCB affecte-t-elle l'AOI ?

Le HASL (Nivellement à l'air chaud de la soudure) est inégal et brillant, ce qui peut provoquer des réflexions variables qui perturbent l'AOI 2D. L'ENIG (Nickel Chimique Or Immersion) est plus plat et plus uniforme, ce qui facilite l'inspection par AOI.

Quels critères d'acceptation l'AOI utilise-t-elle ?

L'AOI est programmée selon les normes industrielles, généralement IPC-A-610 Classe 2 (Standard) ou Classe 3 (Haute Fiabilité). Vous devez spécifier la classe dans votre RFQ afin que le seuil de volume de la brasure soit correctement défini.

L'AOI remplace-t-elle le test fonctionnel de circuit (FCT) ?

Non. L'AOI vérifie l'intégrité structurelle (la pièce est-elle présente ? est-elle soudée ?). Le FCT vérifie la performance fonctionnelle (s'allume-t-il ? la tension est-elle correcte ?). Ils sont complémentaires.

Quelle est la différence entre l'AOI hors ligne et en ligne ?

En ligne (Inline) : La machine est intégrée au système de convoyage. Les cartes circulent automatiquement. Idéal pour la production de masse.
Hors ligne (Offline) : Un opérateur charge et décharge manuellement les cartes. Idéal pour la production par lots ou la NPI (Introduction de Nouveaux Produits).

L'AOI peut-elle inspecter les PCB flexibles ?

Oui, mais les PCB flexibles nécessitent un support à vide ou un support magnétique pour les maintenir parfaitement plats. Si la carte flexible se soulève, la profondeur de mise au point change, provoquant de fausses détections.

Ressources pour l'inspection inspection optique automatisée (AOI) (pages et outils connexes)

Pour approfondir votre compréhension de la place de l'AOI dans l'écosystème de fabrication plus large, explorez ces capacités connexes chez APTPCB :

Inspection SPI : Découvrez la ligne de défense pré-refusion qui fonctionne en tandem avec l'AOI.
Inspection aux rayons X: La solution nécessaire pour inspecter les composants BGA et QFN que l'AOI ne peut pas voir.
Système Qualité: Un aperçu de la manière dont nous intégrons diverses méthodes de test (AOI, ICT, FCT) dans un cadre de gestion de la qualité totale.
Assemblage SMT & THT: Le processus d'assemblage principal où l'AOI est physiquement située.

Glossaire d'inspection inspection optique automatisée (AOI) (termes clés)

Pour assurer une communication claire entre toutes les ressources et avec votre partenaire de fabrication, voici les définitions standard utilisées en AOI.

Terme	Définition
Algorithme	L'ensemble des règles mathématiques que le logiciel utilise pour analyser l'image (par exemple, détection de contours, correspondance de motifs).
Données CAO	Les données de coordonnées XY et de rotation générées par le logiciel de conception de PCB, utilisées pour programmer l'AOI.
Échappement	Un défaut que la machine AOI n'a pas réussi à détecter et a classé comme "Bon".
Faux positif	Un bon composant ou une bonne soudure que la machine AOI a incorrectement signalé comme "Défectueux".
Repère fiduciel	Un marqueur en cuivre sur le PCB utilisé par la caméra pour aligner la position de la carte et corriger l'inclinaison.
FOV (Champ de vision)	La zone de la carte que la caméra peut voir en une seule prise de vue.
Carte dorée	Une carte reconnue comme bonne, utilisée pour enseigner au système AOI à quoi ressemble un assemblage parfait.
OCR (Reconnaissance Optique de Caractères)	Fonction logicielle qui lit le texte sur les corps des composants pour vérifier les numéros de pièce.
Parallaxe	Le déplacement apparent d'un objet lorsqu'il est vu sous différents angles de vue ; un défi pour l'inspection 3D.
Refusion	Le processus de fusion de la pâte à souder pour fixer les composants ; l'AOI a généralement lieu immédiatement après.
Ombrage	Lorsqu'un composant haut bloque la source lumineuse d'atteindre un composant adjacent plus court.
Seuil	La limite numérique définie dans le logiciel (par exemple, luminosité, contraste, hauteur) qui détermine la réussite/l'échec.
Effet de pierre tombale (Tombstoning)	Un défaut où un composant se dresse sur une extrémité en raison de forces de mouillage inégales pendant la refusion.
Déformation	La courbure du PCB ; les systèmes AOI doivent cartographier la surface de la carte pour compenser cette variation de l'axe Z.

Inspection inspection optique automatisée (AOI)

L'inspection AOI est l'épine dorsale du contrôle qualité dans la fabrication électronique moderne. Elle offre la vitesse et la cohérence que les opérateurs humains ne peuvent égaler, garantissant que des problèmes tels que l'effet de pierre tombale, les courts-circuits et les pièces manquantes sont détectés avant que le produit ne quitte l'usine. Cependant, ce n'est pas un outil "installer et oublier" ; il nécessite une sélection minutieuse entre les technologies 2D et 3D, une programmation rigoureuse basée sur les normes IPC et une validation constante.

Chez APTPCB, nous configurons nos lignes AOI pour correspondre à la complexité de votre conception spécifique, garantissant un rendement et une fiabilité élevés. Prêt à passer en production ? Lors de la soumission de vos données pour un devis ou une révision DFM, veuillez fournir :

Fichiers Gerber (y compris les couches de pâte et de sérigraphie).
Fichier Centroid/Pick-and-Place (coordonnées XY).
BOM (Nomenclature) avec les pièces du fabricant approuvées.
Classe d'inspection (IPC Classe 2 ou 3).
Exigences spécifiques (par exemple, "Vérifier l'exactitude du texte de l'étiquette").

Ces données nous permettent de construire un programme d'inspection robuste qui minimise les faux positifs et élimine les omissions.